[發(fā)明專(zhuān)利]一種針對(duì)多方位湍流風(fēng)擾動(dòng)下的飛行器控制系統(tǒng)自適應(yīng)補(bǔ)償控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010056922.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111208733B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文利燕;王肇宇;姜斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)多方位湍流風(fēng)擾動(dòng)下的飛行器控制系統(tǒng)自適應(yīng)補(bǔ)償控制方法，包括：1.依據(jù)現(xiàn)有的飛行器控制系統(tǒng)的橫側(cè)向與縱向運(yùn)動(dòng)模型，在確定湍流擾動(dòng)的主導(dǎo)風(fēng)向的基礎(chǔ)上，考慮飛行器遭遇不同主導(dǎo)風(fēng)向的湍流擾動(dòng)時(shí)的情況，建立與其對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)模型，用于表征飛行器此時(shí)的橫側(cè)向與縱向運(yùn)動(dòng)模型。2.采用一般的輸入?輸出系統(tǒng)模型，表征遭遇不同主導(dǎo)風(fēng)向的湍流擾動(dòng)時(shí)的飛行器的橫側(cè)向與縱向運(yùn)動(dòng)模型。3.基于用于建立分段函數(shù)的指標(biāo)函數(shù)，建立一個(gè)基于時(shí)間分段的輸入?輸出系統(tǒng)模型。4.假設(shè)現(xiàn)有的飛行器控制系統(tǒng)參數(shù)和湍流擾動(dòng)參數(shù)均已知并根據(jù)已知條件建立標(biāo)稱(chēng)控制器。5.假設(shè)現(xiàn)有的飛行器控制系統(tǒng)參數(shù)和湍流擾動(dòng)參數(shù)均未知并根據(jù)已知條件建立自適應(yīng)控制器。本發(fā)明可使飛行器控制系統(tǒng)在遭遇多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向的湍流擾動(dòng)交替影響時(shí)，有效保證飛行器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)期望的閉環(huán)穩(wěn)定和輸出跟蹤性能，從而實(shí)現(xiàn)飛行器的安全飛行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是針對(duì)最小相位特性的飛行器控制系統(tǒng)，采用模型參考自適應(yīng)的控制方法，涉及一種針對(duì)多方位湍流風(fēng)擾動(dòng)下的飛行器控制系統(tǒng)自適應(yīng)補(bǔ)償控制方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，新型飛行器不斷涌現(xiàn)，使飛行器朝著具有多變量、強(qiáng)耦合、快時(shí)變、強(qiáng)非線(xiàn)性等特點(diǎn)的方向發(fā)展。由于飛行器系統(tǒng)的復(fù)雜性，其對(duì)外部環(huán)境的影響也就越發(fā)敏感，對(duì)其抗干擾的研究也就越發(fā)重要。在外部環(huán)境對(duì)飛行器的影響中，天氣原因是較為明顯直觀(guān)的那個(gè)。大氣湍流作為一種隨機(jī)不規(guī)則的大氣運(yùn)動(dòng)形式，會(huì)影響飛行器大多時(shí)候的飛行質(zhì)量，可能造成飛機(jī)的疲勞損傷，嚴(yán)重時(shí)更可能導(dǎo)致人員傷害。例如2001年，一架型號(hào)為A300-600的空中巴士就因尾部遇到湍流擾動(dòng)而導(dǎo)致了墜毀；另外在稍往前的1993年，一架波音747就在美國(guó)的加利福尼亞，同樣因遭到湍流的影響而發(fā)生了墜毀，機(jī)上人員全部死亡。

現(xiàn)有的抑制湍流擾動(dòng)影響的控制方法，忽略了湍流的隨機(jī)而不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)形式，將其機(jī)械式地理解為單一方向的風(fēng)擾動(dòng)。本發(fā)明從湍流的風(fēng)向隨機(jī)的角度出發(fā)，發(fā)明一種針對(duì)多方位湍流風(fēng)擾動(dòng)下的飛行器控制系統(tǒng)自適應(yīng)補(bǔ)償控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的為將湍流模型更合理地認(rèn)作為一個(gè)具有方向隨機(jī)性的數(shù)學(xué)模型，從而對(duì)飛行器的飛行環(huán)境做出更合理的設(shè)想。即：將湍流擾動(dòng)在多個(gè)主導(dǎo)風(fēng)向建模，得到不同主導(dǎo)風(fēng)向上的各個(gè)不同的擾動(dòng)模型，再據(jù)此設(shè)計(jì)一種針對(duì)多方位湍流風(fēng)擾動(dòng)下的飛行器控制系統(tǒng)自適應(yīng)補(bǔ)償控制方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

步驟1、依據(jù)現(xiàn)有的飛行器控制系統(tǒng)的橫側(cè)向與縱向運(yùn)動(dòng)模型，在確定湍流擾動(dòng)的主導(dǎo)風(fēng)向的基礎(chǔ)上，考慮飛行器遭遇不同主導(dǎo)風(fēng)向的湍流擾動(dòng)時(shí)的情況，建立與其對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)模型，用于表征飛行器此時(shí)的橫側(cè)向與縱向運(yùn)動(dòng)模型；

步驟2、采用一般的輸入-輸出系統(tǒng)模型，表征步驟1所述的遭遇不同主導(dǎo)風(fēng)向的湍流擾動(dòng)時(shí)的飛行器的橫側(cè)向與縱向運(yùn)動(dòng)模型；

步驟3、基于用于建立分段函數(shù)的指標(biāo)函數(shù)，建立一個(gè)基于時(shí)間分段的輸入-輸出系統(tǒng)模型，其分段的物理表征是主導(dǎo)風(fēng)向的改變；并確保：一是閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出跟蹤性能；二是系統(tǒng)中的各個(gè)信號(hào)函數(shù)都有界；

步驟4、由步驟3，設(shè)計(jì)一種基于用于建立分段函數(shù)的指標(biāo)函數(shù)的模型參考自適應(yīng)控制器，假設(shè)現(xiàn)有的飛行器控制系統(tǒng)參數(shù)和湍流擾動(dòng)參數(shù)均已知：建立系統(tǒng)的輸入-輸出模型，根據(jù)已知條件建立標(biāo)稱(chēng)控制器；

步驟5、由步驟3，設(shè)計(jì)一種基于用于建立分段函數(shù)的指標(biāo)函數(shù)的模型參考自適應(yīng)控制器，假設(shè)現(xiàn)有的飛行器控制系統(tǒng)參數(shù)和湍流擾動(dòng)參數(shù)均未知：將系統(tǒng)模型與擾動(dòng)模型參數(shù)化，引入誤差函數(shù)，根據(jù)誤差函數(shù)建立飛行器系統(tǒng)的自適應(yīng)律，得到自適應(yīng)控制器的表達(dá)式，使其滿(mǎn)足步驟3的條件；

進(jìn)一步地，所述步驟1的具體過(guò)程如下：