[發(fā)明專利]基于動態(tài)控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法

在審

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• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109557813A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 周洪成
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.基于動態(tài)控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法，具體方法如下，其特征在于：控制器在設計每層子系統(tǒng)的虛擬控制律之后，利用如下一階低通濾波器L(s)對虛擬指令進行濾波，濾波器L(s)的狀態(tài)方程如下，

其中，τ為濾波器時間常數，u為已經設計好的虛擬指令，每層子系統(tǒng)產生的虛擬指令通過這個τ已知其系統(tǒng)初始狀態(tài)為零的濾波器產生相應的輸出，在設計下一個子系統(tǒng)時用濾波器的輸出量代替虛擬控制律，并用代替虛擬指令的導數，當虛擬指令出現不連續(xù)等非利普希茲情形時獲得其導數；

將動態(tài)面控制方法應用于AHV的姿態(tài)跟蹤控制，至此得到標稱系統(tǒng)的控制器；

將其轉換為針對輸入含時滯情況下的時滯補償控制器，需要標稱系統(tǒng)滿足前面指出的假設，并且標稱反饋控制器使閉環(huán)系統(tǒng)對于附加輸入或者外部干擾滿足一定的穩(wěn)定性要求；假設1.1：針對高超聲速飛行器的姿態(tài)運動系統(tǒng)方程式，當D(t)＝0時，利用DSC方法對其進行變換之后，系統(tǒng)是前向完備的；

在加入DSC之后的誤差系統(tǒng)，包括跟蹤誤差和邊界層誤差的動態(tài)，定義各誤差如下，其中e₁和e₂為參考指令和濾波后虛擬指令的跟蹤誤差，而e₃為濾波器輸入輸出信號的跟蹤誤差，即邊界層誤差；

上述定義的三個誤差狀態(tài)的動態(tài)如下：

取虛擬指令為整理之后有含附加輸入或作為干擾輸入的閉環(huán)系統(tǒng)如下；

定理1.1：針對高超聲速飛行器的姿態(tài)運動系統(tǒng)方程式，當D(t)＝0時，當利用DSC方法對其設計跟蹤控制器式(1-2)和式(1-3)時，系統(tǒng)相對附加輸入或干擾的d₁和d₂是輸入狀態(tài)有效穩(wěn)定的；

證明：李雅普諾夫跟蹤函數：

其中由于f₁,g₁,d₁和都是連續(xù)函數，故為一個連續(xù)函數，對于任意的B₀＞0和p＞0，集合和Π₁:＝{V≤p}都是緊集，因此集合Π×Π₁也是緊集，根據連續(xù)性定理，連續(xù)函數在緊集Π×Π₁上必有上界，記作M，故在任意集Π×Π₁內有：

取則有

可見系統(tǒng)對d₁和d₂是輸入狀態(tài)有效穩(wěn)定的。即對于d₁和d₂，系統(tǒng)是輸入狀態(tài)有效穩(wěn)定的。定理1.2：對于系統(tǒng)，如果滿足且存在一個反饋控制律k∈C¹(R₊×Rⁿ,R^m)，使得閉環(huán)后含附加輸入端口的系統(tǒng)滿足對時間是一致的，并對附加輸入量ω(t)是輸入狀態(tài)有效穩(wěn)定的，并且控制律一致有界，則時滯補償控制具有畢竟穩(wěn)定性；對于以上情形都加上條件，即當x(t)≥c時，其中c是一個表征實際穩(wěn)定程度的常數，如此，便可得對于輸入狀態(tài)有效穩(wěn)定的系統(tǒng)，時滯補償將保證系統(tǒng)是畢竟穩(wěn)定的；

由于假設1.1、定理1.1和定理1.2，可知對于AHV存在一個基于DSC方法的時滯補償控制器：

式(1-10)中的P(e_f)和P(e_s)分別為誤差狀態(tài)分量e_f和e_s對應的經過補償后的狀態(tài)分量。

2.根據權利要求1所述的基于動態(tài)控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法，其特征在于：將動態(tài)面控制方法應用于AHV的姿態(tài)跟蹤控制，對于輸入不含時滯的標稱系統(tǒng)，得到標稱系統(tǒng)的控制器的設計步驟具體如下：

1)針對氣流角和繞速度滾轉角式設計虛擬控制律，定義c₁＝c_s，設計姿態(tài)角回路控制律為

2)設計角速率回路控制律，指令ω_d經過一個濾波器L(s)得到實際要跟蹤的角速率指令及其導數而ω_d(0)＝0，定義設計角速率回路控制律為含動態(tài)的：

至此標稱系統(tǒng)的控制器設計完成。