[發明專利]基于參數辨識的分離控制器

有效

• 申請號: 201810617193.3
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108829121B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 魏振巖;魏毅寅;吳森堂;姚德清;尤偉帥;姜麗敏;覃鶴宏;王昊;徐寶華
• 申請（專利權）人: 北京空天技術研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種基于參數辨識的分離控制器，包括反饋控制器，指令生成器和狀態觀測器組；指令生成器根據基于等俯仰角速度指令設計的攻角指令剖面生成攻角指令并輸入反饋控制器；狀態觀測器組包括第一狀態觀測器和第二狀態觀測器，用于對被控對象進行觀測并輸入指令生成器，第一狀態觀測器還將其觀測結果作為反饋控制器的輸入；在控制過程中，第一狀態觀測器和第二狀態觀測器辨識出被控對象所處的穩定零控平衡態；指令生成器確定出該平衡態到達的初始時刻，在該時刻之后，將生成的攻角控制指令切換到平衡態攻角控制指令處。本發明的控制器有效實現對飛行器穩定平衡態的辨識及穩定控制，避免了現有辨識方法出現的算法不收斂和實時性差的問題。

技術領域

本發明涉及飛行器控制技術領域，具體涉及一種基于參數辨識的分離控制器。

背景技術

現有高超聲速飛行器多采用助推+巡航兩級飛行方式。助推級目的是將載荷送入預定的轉級窗口，為了節約重量和能量，多不采用反推裝置，故為成功實現級間分離，必須在推力推尾后期發出分離指令。同時，對于助推過程中僅通過推力矢量實現姿態穩定控制的飛行器，面臨推力拖尾后期控制能力不足、不確定大的問題，必須選擇靜穩定且無控狀態下力矩為零的平衡狀態，才能實現穩定控制。受到氣動模型、質量質心屬性和推力模型不確定性影響，該平衡狀態無法預先精確預知，只能通過在線辨識的方法獲取，因此，如何合理設計辨識和控制策略，成為影響飛行成敗的關鍵因素之一。

目前常用的辨識方法包括最小二乘方法，卡爾曼濾波方法和神經網絡方法等。這些方法普遍的缺點是算法復雜，計算資源需求量大，并且在實際應用過程中往往收斂性難以保證，一般適用于緩慢變化的工業過程，對于飛行器控制系統來說，難以真正應用。

發明內容

在下文中給出關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

本發明的目的在于提出一種基于參數辨識的分離控制器，該基于參數辨識的分離控制器，能夠解決現有技術通過推力矢量實現姿態穩定控制的飛行器所面臨推力拖尾后期控制能力不足、不確定大的技術問題，以及現有辨識方法由于其本身算法復雜、計算資源需求量大、收斂性難以保證的原因難以應用到飛行器穩定控制中的技術問題。

本發明的技術解決方案：

本發明提供一種基于參數辨識的分離控制器，包括：反饋控制器，用于輸出控制量以對被控對象進行控制；指令生成器，用于根據基于等俯仰角速度指令設計的攻角指令剖面生成攻角指令，并將攻角指令作為反饋控制器的輸入；狀態觀測器組，包括第一狀態觀測器和第二狀態觀測器，第一狀態觀測器和第二狀態觀測器用于對被控對象所處的狀態進行觀測并將觀測結果作為指令生成器的輸入，以及第一狀態觀測器還將其觀測結果作為反饋控制器的輸入；在控制過程中，第一狀態觀測器和第二狀態觀測器辨識出被控對象所處的穩定零控平衡態；指令生成器根據第一狀態觀測器和第二狀態觀測器輸入的穩定的零控平衡態所對應的觀測結果確定出穩定零控平衡態到達的初始時刻t1，并且在該時刻之后，指令生成器將生成的攻角指令切換到t1時刻所對應的攻角指令處。

進一步地，被控對象為下式所建立的模型：

其中：v為速度，T為推力，ω_z為俯仰角速度，α為攻角，θ為軌跡傾角，L為升力，M_z為俯仰力矩，J_z為轉動慣量，m為質量，g為重力加速度度，δ_z為升降舵偏，表示α對時間的導數，表示ω_z對時間的導數。

進一步地，所述攻角指令剖面按下式進行設計：