[發明專利]考慮旋轉飛行器耦合問題的魯棒解耦控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201910791497.6
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN112433473B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王偉;師興偉;南宇翔;林德福;王江;王輝;王雨辰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;中國北方工業有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 范國鋒;劉冬梅

本發明公開了一種考慮旋轉飛行器耦合問題的魯棒解耦控制系統及控制方法，該系統包括用以接收制導系統實時傳遞出的需用過載信息的需用過載接收模塊，用于實時獲得飛行器的飛行參數的飛行器參數測量模塊，和獲得舵機響應指令的魯棒解耦控制模塊，其中，通過收斂誤差解算子模塊實時獲得攻角收斂誤差和側滑角收斂誤差；通過收斂滑模面解算子模塊實時獲得攻角收斂滑模面和側滑角收斂滑模面；通過舵機響應指令解算子模塊獲得俯仰方向舵機響應指令和偏航方向舵機響應指令。

技術領域

本發明涉及一種旋轉飛行器的控制系統及方法，具體涉及一種考慮旋轉飛行器耦合問題的魯棒解耦控制系統及控制方法。

背景技術

旋轉飛行器通過采用自旋的方式可以帶來諸多益處，如有效降低飛行器結構設計偏差對飛行器彈道的影響、簡化控制系統設計、省略滾轉控制機構等等。但該類飛行器在帶來諸多益處的同時也存在一些弊端。由于飛行器自旋后會產生較大的滾轉角速度，這使得飛行器產生了氣動耦合、慣性耦合以及控制耦合等特性，使得俯仰通道和偏航通道間相互耦合交聯，不利于對飛行器俯仰、偏航兩通道進行精確控制。除此之外，旋轉飛行器在飛行過程中會受到由自身的旋轉帶來的陀螺效應和馬格努斯力矩的影響。這些問題為旋轉飛行器控制系統的精確穩定控制帶來了較為嚴峻的挑戰；

現有技術中，在實際控制旋轉飛行器的過程中，都是忽略了上述耦合的影響，有些旋轉飛行器上采用傳統的基于線性控制理論的解耦算法，該算法往往魯棒性較差，易受外在干擾和內部噪聲的影響，且該類算法對系統模型的精確性要求極高，一旦出現擾動變化，往往會導致飛行器控制系統工作紊亂，進而致使飛行器失穩而無法正常工作；

對于大多數實際應用的旋轉飛行器來說，由于傳統的自駕儀不考慮耦合問題，對飛行器單通道進行控制時往往會引起另一通道的響應，從而導致控制系統紊亂，飛行器姿態失穩，造成不可預料的后果。

為了解決上述問題，有必要設計一種考慮旋轉飛行器耦合問題的解耦控制系統及方法，從而保證對飛行器的俯仰、偏航兩通道進行精確控制。

發明內容

為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，設計出一種考慮旋轉飛行器耦合問題的魯棒解耦控制系統及控制方法，該系統包括用以接收制導系統實時傳遞出的需用過載信息的需用過載接收模塊，用于實時獲得飛行器的飛行參數的飛行器參數測量模塊，和獲得舵機響應指令的魯棒解耦控制模塊，其中，通過收斂誤差解算子模塊實時獲得攻角收斂誤差和側滑角收斂誤差；通過收斂滑模面解算子模塊實時獲得攻角收斂滑模面和側滑角收斂滑模面；通過舵機響應指令解算子模塊獲得俯仰方向舵機響應指令和偏航方向舵機響應指令，從而完成本發明。

具體來說，本發明的目的在于提供一種考慮旋轉飛行器耦合問題的魯棒解耦控制系統，該系統安裝在旋轉飛行器上，該系統包括

需用過載接收模塊1，其與旋轉飛行器上的制導系統相連，用以接收制導系統實時傳遞出的需用過載信息，

飛行器參數測量模塊2，其用于實時獲得飛行器的飛行參數，和

魯棒解耦控制模塊3，其用于實時根據需用過載信息和飛行器的飛行參數獲得舵機響應指令。

其中，所述需用過載信息包括期望俯仰過載和期望偏航過載

所述舵機響應指令包括俯仰方向舵機響應指令和偏航方向舵機響應指令。

其中，所述飛行器參數測量模塊2包括加速度計21、慣性陀螺22、估測器23和積分器24；

其中，所述加速度計21用于實時測量得到飛行器的加速度信息，

所述慣性陀螺22用于實時測量得到飛行器的偏航角速率信息和俯仰角速率信息，

所述估測器23用于根據所述三軸加速度信息實時估算得到飛行器的攻角和側滑角；