[發(fā)明專利]干擾觀測(cè)變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910276521.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-08
• 公開（公告）號(hào): CN110231774A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竇立謙;杜苗苗;蘇曉彤;馬秀俞;季春惠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種干擾觀測(cè)變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法，其特征是，步驟如下：

第一部分，變進(jìn)氣道高超飛行器的嚴(yán)反饋形式的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)：將可移動(dòng)唇罩式變幾何進(jìn)氣道飛行器的縱向模型轉(zhuǎn)化為考慮干擾的嚴(yán)反饋形式，方便后續(xù)使用反步法進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)；

第二部分，速度控制器-非線性干擾觀測(cè)器的設(shè)計(jì)：基于非線性干擾觀測(cè)器，采用模糊2型邏輯理論對(duì)速度控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，使用模糊2型邏輯系統(tǒng)對(duì)控制律中的不確定復(fù)雜項(xiàng)進(jìn)行在線逼近，達(dá)到簡化控制律的目的，并使用非線性干擾觀測(cè)器對(duì)所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊2型速度控制器進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)干擾的目的；

第三部分，高度控制器-非線性干擾觀測(cè)器的設(shè)計(jì)：使用反步法將高度控制系統(tǒng)拆分為航跡角、攻角、俯仰角3個(gè)子系統(tǒng)，選取每個(gè)子系統(tǒng)中的狀態(tài)量以及虛擬控制量，并在采用模糊2型邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)每個(gè)高度子系統(tǒng)的控制律的同時(shí)，使用非線性干擾觀測(cè)器對(duì)所設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)控制器進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)時(shí)觀測(cè)干擾，增強(qiáng)所設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)控制器的魯棒性。

2.如權(quán)利要求1所述的干擾觀測(cè)變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法，其特征是，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

第一步，考慮干擾的嚴(yán)反饋形式的轉(zhuǎn)化：基于Bolender和Doman所建立的縱向剛性模型，并使用對(duì)變幾何進(jìn)氣道飛行器進(jìn)行受力分析得到的氣動(dòng)力的解析表達(dá)式，將可移動(dòng)唇罩式變幾何進(jìn)氣道飛行器的縱向模型轉(zhuǎn)化為考慮干擾的嚴(yán)反饋形式，變幾何進(jìn)氣道飛行器的縱向模型為：

式中：m、I_yy、g分別為質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重力加速度，升力L、阻力D、推力T、以及俯仰力矩M的具體解析表達(dá)式如下：

式中：表示動(dòng)壓，ρ、S、分別表示大氣密度、參考面積、平均氣動(dòng)弦長，z_T表示推力系數(shù)：z_T＝L_ftanτ_1l+1/2h_i，C_L、C_D、C_T、C_M表示在不考慮變幾何進(jìn)氣道的情況下，飛行器的氣動(dòng)力系數(shù)；表示引入可移動(dòng)唇罩對(duì)飛行器氣動(dòng)力造成的影響，其大小與唇罩伸長量有關(guān)；

轉(zhuǎn)化的嚴(yán)反饋形式如下：

式中：

gα＝1；

其中，是由于可移動(dòng)唇罩的使用引入的非線性不確定項(xiàng)；干擾項(xiàng)D_i包括：系統(tǒng)中由于參數(shù)擬合造成的不確定性△f_i,△g_i,以及飛行器受到的外來干擾d_ii＝V,γ,α,Q，表示如下：

第二步，基于非線性干擾觀測(cè)器的自適應(yīng)速度控制器設(shè)計(jì)：定義速度誤差面S_V＝V-V_d，使用自適應(yīng)模糊2型系統(tǒng)對(duì)f_V進(jìn)行在線逼近：

定義速度子系統(tǒng)干擾D_V＝Ω_V+ε_V，則有：

設(shè)計(jì)如下非線性干擾觀測(cè)器對(duì)D_V進(jìn)行在線觀測(cè)：

式中：和分別是和的估計(jì)值，且定義為模糊2型系統(tǒng)的估計(jì)誤差；為干擾D_V的估計(jì)值，且有z_V為非線性干擾觀測(cè)器的中間狀態(tài)量；β_V為待設(shè)計(jì)正數(shù)，則有：

則飛行器速度子系統(tǒng)的控制量設(shè)計(jì)如下：

式中：k_V0為待設(shè)計(jì)正數(shù)。

第三步，基于非線性干擾觀測(cè)器的航跡角子系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)：首先，把飛行器的高度指令h_d轉(zhuǎn)化為航跡角指令γ_d：

式中：k_h0為待設(shè)計(jì)正數(shù)，定義航跡角誤差面S_γ＝γ-γ_d，使用自適應(yīng)模糊2型系統(tǒng)對(duì)f_γ進(jìn)行在線逼近：

定義航跡角子系統(tǒng)干擾D_γ＝Ω_γ+ε_γ，則有：

設(shè)計(jì)如下非線性干擾觀測(cè)器對(duì)D_γ進(jìn)行在線觀測(cè)：

式中：和分別是和的估計(jì)值，且定義為模糊2型系統(tǒng)的估計(jì)誤差；為干擾D_γ的估計(jì)值，且有z_γ為非線性干擾觀測(cè)器的中間狀態(tài)量；β_γ為待設(shè)計(jì)正數(shù)，則有：

則虛擬控制輸入可設(shè)計(jì)為：

式中：k_γ0是待設(shè)計(jì)的正參數(shù)；

第四步，基于非線性干擾觀測(cè)器的攻角子系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)：定義攻角誤差面S_α＝α-α_d，使用自適應(yīng)模糊2型系統(tǒng)對(duì)f_α進(jìn)行在線逼近：

定義攻角子系統(tǒng)干擾D_α＝Ω_α+ε_α，則有：

由于D_α未知，會(huì)對(duì)跟蹤精度造成影響，因此設(shè)計(jì)如下非線性干擾觀測(cè)器對(duì)D_α進(jìn)行在線觀測(cè)：

式中：和分別是和的估計(jì)值，且定義為模糊2型系統(tǒng)的估計(jì)誤差；為干擾D_α的估計(jì)值，且有z_α為非線性干擾觀測(cè)器的中間狀態(tài)量；β_α為待設(shè)計(jì)正數(shù)，則有：

則虛擬控制輸入可設(shè)計(jì)為：

式中：k_α0是待設(shè)計(jì)的正參數(shù)；

第五步，基于非線性干擾觀測(cè)器的俯仰角速率子系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)：定義俯仰角速率誤差面S_Q＝Q-Q_d，使用自適應(yīng)模糊2型系統(tǒng)對(duì)f_Q進(jìn)行在線逼近：

定義俯仰角速率子系統(tǒng)干擾D_Q＝Ω_Q+ε_Q，則有：

設(shè)計(jì)如下非線性干擾觀測(cè)器對(duì)D_Q進(jìn)行在線觀測(cè)：

式中：和分別是和的估計(jì)值，且定義為模糊2型系統(tǒng)的估計(jì)誤差；為干擾D_Q的估計(jì)值，且有z_Q為非線性干擾觀測(cè)器的中間狀態(tài)量；β_Q為待設(shè)計(jì)正數(shù)，則有：

則飛行器高度子系統(tǒng)的控制量設(shè)計(jì)如下：

式中：k_Q0為待設(shè)計(jì)正數(shù)。