[發明專利]考慮攻角非對稱約束的高超聲速飛行器魯棒控制方法

在審

• 申請號: 201910981928.5
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110597068A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 許斌;郭雨巖;梁捷;凡永華;張棟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 劉新瓊

1.一種考慮攻角非對稱約束的高超聲速飛行器魯棒控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮高超聲速飛行器縱向通道動力學模型：

其中，表示推力，表示升力，表示阻力，表示俯仰力矩；V表示速度，γ表示航跡傾角，h表示高度，α表示攻角，q表示俯仰角速度；δ_e表示升降舵偏角，Φ表示節流閥開度；表示動壓，ρ表示空氣密度，表示平均氣動弦長，S表示氣動參考面積；m、I_yy和g代表質量、俯仰軸的轉動慣量以及重力加速度，均為氣動參數；

步驟2：定義高度跟蹤誤差e_h＝h-h_d，設計航跡角指令γ_d：

式中，h_d為高度指令，由設計者給出，為高度指令的一階微分，k_h>0，k_i>0由設計者給出；考慮巡航段航跡角變化小，航跡角指令的一階微分取為零；

取x₁＝γ，x₂＝α，x₃＝q；可將式(3)-(5)寫成如下嚴格反饋形式：

其中，f_i＝f_i0+Δf_i,i＝1,2,3，f_i0為已知標稱值，Δf_i為系統不確定性且滿足|Δf_i|<Δf_im；g_i,i＝1,2,3為已知非線性函數；

步驟3：第1步：定義航跡角跟蹤誤差為：

e₁＝x₁-γ_d (8)

設計攻角虛擬控制量為：

其中，z₁為待設計的補償誤差項，為不確定性上界的估計值，k₁>0、λ₁>0、σ>0均由設計者給定；

為了使攻角虛擬控制滿足給定的約束條件，令x_2c通過如下的飽和函數獲得x_2l：

其中，與x_2c分別為x_2c上下界，由設計者給出；

定義b₂＝x_2l-x_2c，z₁＝e₁-z₁₀，其中z₁₀由以下自適應律得到：

設計自適應律如下：

其中，η₁>0及δ₁>0由設計者給出；

設計一階微分器如下：

其中，p₂₀>0、p₂₁>0均由設計者給出；

第2步：定義攻角跟蹤誤差為：

e₂＝x₂-x_2c (14)

構造非對稱障礙李雅普諾夫函數：

其中k_b>0為誤差e₂的上界，-k_a<0為誤差e₂的下界，均由設計者給出；

定義設計俯仰角速率虛擬控制量為：

其中，為不確定性上界的估計值，k₂>0、λ₂>0均由設計者給定；

設計自適應律如下：

其中，η₂>0及δ₂>0由設計者給出；

設計一階微分器如下：

其中，p₃₀>0、p₃₁>0均由設計者給出；

步驟4：定義俯仰角速率跟蹤誤差為：

e₃＝x₃-x_3c (19)

設計升降舵偏角為：

其中，為不確定性上界的估計值，k₃>0、λ₃>0均由設計者給定；

設計自適應律如下：

其中，η₃>0及δ₃>0由設計者給出；

步驟5：定義速度跟蹤誤差為：

其中，V_d為速度參考指令；

設計節流閥開度Φ為：

其中，k_pV>0、k_iV>0和k_dV>0由設計者給定；

步驟6：根據得到的升降舵偏角δ_e和速度子系統的節流閥開度Φ，返回到飛行器動力學模型(1)-(5)，對高度和速度進行跟蹤控制。