[發明專利]大長徑比掠海飛行器復雜海況下的定高路徑跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010089348.8
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111258333B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 張丹;劉宇;李孝偉;陳希;彭艷;毛科鋒;蒲華燕;羅均;謝少榮
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12;G05B13/04
• 代理公司: 上海新隆知識產權代理事務所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發明公開一種大長徑比掠海飛行器復雜海況下的定高路徑跟蹤方法,其是一種結合固定時間控制器、任意階滑模微分觀測器與超螺旋干擾觀測器的控制方法，具體包括以下步驟：根據大長徑比飛行器的物理特性建立其動力學方程，同時做適當的系統重構以簡化模型；應用固定時間控制器調整參數；通過超螺旋滑模觀測器估計干擾；假定跟蹤誤差可直接獲取，且導數未知，利用任意階滑模微分觀測器來獲取跟蹤誤差的導數信息；線性化大長徑比飛行器動力系統并設定飛行器低空飛行的指定高度路徑；導出跟蹤誤差數據及圖像并與PID控制系統跟蹤結果對比，得出結論。本發明可有效實現大長徑比飛行器定高型路徑跟蹤問題的快速收斂同時保持較高的跟蹤精度。

技術領域

本發明提出一種大長徑比掠海飛行器復雜海況下的定高路徑跟蹤方法。

背景技術

大長徑比飛行器作為一種高精度遠程運載工具，憑借重量輕、對發射平臺要求低及其超強的低空飛行能力被高頻使用。10m-30m海面低空區域是大長徑比飛行器主要活動空間，在這個空間尺度內，海浪的運動和風場存在強耦合的非線性影響關系，使得飛行效能受海浪及低空風切變等多重環境因素嚴重制約。根據海況的分級原理，即由風興浪，風力對大長徑比飛行器水平面的運動產生干擾，且同時在水面上興起海浪，由于大長徑比飛行器測高傳感器(如雷達)坐標系的局限性，其高度測量基準變動，使得掠海高度控制產生波動，高海況擾動下控制系統甚至多有失效情況，致使大長徑比飛行器的掠海飛行任務執行效果大打折扣，同時其氣動特性伴有劇烈變化，從而導致大長徑比飛行器掠海飛行控制問題變得極為復雜。

大長徑比飛行器的飛行速度多處于亞音速或跨音速區段，如何在動力系統氣動力參數攝動且飛行器高速飛行的條件下完成穩定高度的掠海低空安全飛行，是大長徑比飛行器定高路徑跟蹤控制設計的難點之一，該難點對控制方法的收斂時間提出了較高的要求，故有限時間及更佳的收斂條件成為亞音速或跨音速飛行器跟蹤控制的關鍵內容。此外，由于海面上空環境復雜，目前尚無充足細致的研究建模內容驗證大長徑比飛行器在各級海況下的控制器執行效果。

發明內容

為解決以上現有技術存在的問題，本發明提出一種大長徑比掠海飛行器復雜海況下的定高路徑跟蹤方法。

本發明可通過以下技術方案予以解決：

一種大長徑比掠海飛行器復雜海況下的定高路徑跟蹤方法,其是一種結合固定時間控制器、任意階滑模微分觀測器與超螺旋干擾觀測器的控制方法，具體包括以下步驟：

1)根據大長徑比飛行器的物理特性建立其動力學方程，同時進行系統重構以簡化模型；

2)應用固定時間控制器并調整參數；

3)通過超螺旋滑模觀測器估計干擾；

4)假定跟蹤誤差可直接獲取，且導數未知，利用任意階滑模微分觀測器來獲取跟蹤誤差的導數信息；

5)線性化大長徑比飛行器動力系統并設定飛行器低空飛行的指定高度路徑；

6)導出步驟5)中的跟蹤誤差數據及圖像并與PID控制系統跟蹤結果對比，得出結論。

所述步驟1)為：

首先，假設彈體的質量為常數，針對大長徑比飛行器垂直面上的運動特性建立其縱向動力學方程