[發明專利]一種控制受限飛艇航跡控制方法

有效

• 申請號: 201711000098.0
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107703967B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 楊躍能;閆野;龔秋武;李超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸薇薇

本發明針對飛艇的航跡跟蹤問題，提供一種控制受限飛艇航跡控制方法，該方法建立了其空間運動的數學模型；以此模型為受控對象，考慮飛艇控制受限，采用雙曲正切函數設計了航跡控制律。由該方法控制的閉環系統能夠穩定跟蹤指令航跡，且具有良好的控制精度，為控制受限飛艇的航跡控制工程實現提供了有效方案。

技術領域

本發明涉及一種飛艇控制方法，它為控制受限飛艇三維航跡跟蹤提供一種控制方法，屬于自動控制技術領域。

背景技術

飛艇是一種依靠輕于空氣的氣體(如氦氣)提供靜浮力升空，依靠飛行控制系統實現低速機動和定點駐留的浮空類飛行器，具有留空時間長、能耗低、效費比高等優點，廣泛應用于環境監測、國土測繪、對地觀測、偵察監視等領域，具有重要應用價值和廣闊的應用前景，當前已成為航空領域的研究熱點。

航跡跟蹤是指飛艇從任意給定的初始狀態出發，逐漸趨于并穩定跟蹤給定的地面坐標系下的指令航跡。飛艇的空間運動具有非線性、通道耦合、不確定、易受外界擾動等特點，因此，航跡控制成為飛艇飛行控制的關鍵技術之一。眾多研究人員針對飛艇的航跡跟蹤問題，提出了PID控制、反饋控制、滑模控制、反步控制等方法，為飛艇航跡控制提供了可供參考借鑒的技術方案。但是，上述控制律都是基于“飛艇具有足夠的控制能力”這一假設進行設計的，缺乏考慮控制受限條件下飛艇的航跡控制問題。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種控制受限飛艇航跡控制方法，控制工程師可以按照該方法實現控制受限飛艇的三維航跡跟蹤控制。本申請首先由給定的指令航跡和實際航跡計算誤差量，然后利用雙曲正切函數的特性，設計控制受限航跡控制律。實際應用中，飛艇航跡由導航系統測量得到，將由該方法計算得到的控制量傳輸至執行機構即可實現航跡控制功能。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種控制受限飛艇航跡控制方法，包括以下步驟：

步驟一：給定指令航跡；

給定的指令航跡為廣義坐標η_d＝[x_d,y_d,z_d,θ_d,ψ_d,φ_d]^T，x_d、y_d、z_d、θ_d、ψ_d和φ_d分別為指令x坐標、指令y坐標、指令z坐標、指令俯仰角、指令偏航角和指令滾轉角，上標T表示向量或矩陣的轉置。

步驟二：計算指令航跡與實際航跡之間的誤差量e；

e＝η-η_d＝[x-x_d,y-y_d,z-z_d,θ-θ_d,ψ-ψ_d,φ-φ_d]^T (1)

η＝[x,y,z,θ,ψ,φ]^T為實際航跡，x、y、z、θ、ψ、φ分別為實際航跡的x坐標、y坐標、z坐標、俯仰角、偏航角和滾轉角。

步驟三：控制受限航跡控制律設計：構造雙曲正切函數，設計控制受限航跡控制律，計算航跡控制量τ。

1)建立飛艇空間運動的數學模型