[發明專利]一種基于滑模控制理論的RLV著陸段制導律獲取方法

有效

• 申請號: 201710325035.6
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107102547B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 嚴晗;何英姿
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 張曉飛

1.一種基于滑模控制理論的RLV著陸段制導律獲取方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)根據獲取的RLV的當前高度、RLV距機場跑道的側向距離以及預設的RLV著陸標稱軌跡，計算獲得RLV的高度偏差和側向偏差；

2)根據RLV著陸標稱軌跡和RLV質點運動學方程，建立著陸標稱軌跡跟蹤誤差微分方程；

3)確定高度通道和側向通道的滑模面；

4)在RLV著陸標稱軌跡上選取N個特征點，在每個特征點上根據飛行器的標稱氣動系數和標稱飛行狀態計算獲得標稱升力，并分別計算每個特征點的升力不確定性和不確定性上界；

5)根據RLV質點動力學方程、步驟2)中著陸標稱軌跡跟蹤誤差微分方程，以及步驟3)中所選取的滑模面，獲得關于高度通道的滑模面s₁和側向通道的滑模面s₂的微分方程；

6)建立虛擬制導律；

7)利用飽和函數代替步驟6)中虛擬制導律中的sgn函數；

8)計算獲得期望的升力和期望的傾側角，并根據期望的升力、標稱氣動數據及當前飛行狀態反插值獲得期望的攻角；

9)將步驟8)獲得的期望的攻角和期望的傾側角作為最終制導律，實現RLV對著陸標稱軌跡的跟蹤；

步驟3)中高度通道和側向通道的滑模面分別為和其中，c₁,c₂為待確定的設計參數；所述設計參數c₁,c₂的選取規則為：使得收斂至零點的收斂速度滿足和z在40秒內收斂到1米以內；且c₁>0,c₂>0；

步驟5)中關于s₁,s₂的微分方程為

其中，u₁(L,σ)＝Lcosσ代表縱向升力分量，u₂(L,σ)＝Lsinσ代表側向升力分量，g為重力加速度，L為RLV的升力，σ為RLV的傾側角，Δ_γ為縱向通道中風產生的干擾力及因氣動數據不確定性而產生的不確定項，Δ_χ為橫向通道中風產生的干擾力及因氣動數據不確定性而產生的不確定項，m為RLV的質量。

2.根據權利要求1所述的一種基于滑模控制理論的RLV著陸段制導律獲取方法，其特征在于：所述步驟2)中建立的著陸標稱軌跡跟蹤誤差微分方程為：其中，v為RLV的速度，γ為RLV的航跡傾角，χ為RLV的方向角；h表示RLV的當前高度，z表示RLV距機場跑道中線的側向距離，h_c表示預設的RLV著陸標稱軌跡，表示RLV的高度偏差。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于滑模控制理論的RLV著陸段制導律獲取方法，其特征在于：所述步驟4)的具體過程為：在RLV著陸標稱軌跡上選取N個特征點，分別計算每個特征點的升力不確定性Δ⁺＝|L⁺-L₀|、Δ^-＝|L^--L₀|，并確定不確定性上界Δ_M＝(1+10％)Δ；其中，Δ為升力不確定性Δ⁺、Δ^-中的最大值；N為正整數；L₀為特征點對應的標稱升力；L⁺為特征點對應的考慮氣動數據最大正向偏差及存在正向風擾動情況下的升力；L^-為特征點對應的考慮氣動數據最大負向偏差及存在負向風擾動情況下的升力。

4.根據權利要求3所述的一種基于滑模控制理論的RLV著陸段制導律獲取方法，其特征在于：所述步驟6)建立的虛擬制導律表示為

其中，k₁,k₂為待確定的設計參數且k₁>0,k₂>0；k₁,k₂根據李雅普諾夫函數收斂至零點的收斂速度確定。