[發(fā)明專利]基于Kalman濾波的變體飛行器T-S模糊控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010570229.4
• 申請日: 2020-06-21
• 公開（公告）號: CN111580540A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 許斌;梁帥;張睿;壽瑩鑫
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于Kalman濾波的變體飛行器T-S模糊控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮變體飛行器非線性動力學模型為

其中，V表示飛行速度；h表示飛行高度；γ表示航跡角；α表示迎角；q表示俯仰角速度；D、L和M_A分別表示阻力、升力和俯仰力矩；m、I_y和g分別表示飛行器質量、y軸的轉動慣量和重力加速度；T表示推力；z_T表示發(fā)動機安裝在機體軸上的位置；F_Ix，F(xiàn)_Iz，F(xiàn)_Ikz和M_Iy分別表示由變形過程引起的慣性力和力矩，S_x表示分布在機體x軸方向的靜力矩，(1)中相關氣動力和力矩的定義如下

其中，ζ表示后掠角；ρ_h表示空氣密度；S_w表示機翼面積；c_A表示平均氣動弦長；Q表示動壓；C_L，C_D和C_m分別表示總的氣動升力系數(shù)、阻力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)；C_D0、C_Dα、C_L0、C_Lα、C_m0、C_mα、和C_mq表示氣動導數(shù)；m₁和m₃分別表示機翼和機身的質量；r_1x和r_3x分別表示機翼和機身在機體坐標系中的位置；

步驟2：選擇后掠角ζ為前件變量，構建模糊規(guī)則如下

其中，狀態(tài)量X＝[ΔV Δh Δγ Δα Δq]^T分別表示速度、高度、航跡角、迎角和俯仰角速度的變化量；控制輸入u＝[Δδ_e ΔT]^T為升降舵偏角和推力的變化量；A_l∈R^5×5，B_l∈R^5×2，C_l∈R^5×5分別表示第l個線性模型矩陣，由小擾動線性化得到；F^l用高斯隸屬度函數(shù)表示和c_l分別表示第l個隸屬度函數(shù)的中心和寬度；N表示模糊規(guī)則個數(shù)；

構建T-S模糊模型為

其中，μ_i≥0，i＝1,…,N；

步驟3：選取X＝[ΔV Δh Δγ Δα Δq]^T為濾波狀態(tài)量，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程

X_k＝Φ_k/k-1X_k-1+G_k-1u (4)

其中，Φ_k/k-1＝I+A·Δt表示系統(tǒng)轉移矩陣；G_k-1＝B·Δt表示輸入驅動矩陣；Δt表示采樣時間；

考慮狀態(tài)α和γ不可測，引入慣導信息作為量測信息，建立量測方程

Z_k^INS＝H_kX_k/k-1+v_k (5)

其中，表示慣導量測的速度、高度和俯仰角速度變化量；表示量測陣；v_k∈R^3×1表示量測噪聲，滿足E(v_k)＝0，R_v∈R^3×3表示量測噪聲方差陣，

構建Kalman濾波器

其中，表示k時刻狀態(tài)的估計值；表示狀態(tài)一步預測；P_k-1∈R^5×5表示k-1時刻的狀態(tài)估計協(xié)方差；P_k/k-1∈R^5×5表示一步預測協(xié)方差；表示k時刻的慣導量測值；K_k∈R^5×3表示濾波增益；R_k∈R^3×3＞0表示k時刻的量測噪聲方差；

步驟4：令和由Kalman濾波器獲得；選擇后掠角ζ為前件變量，構建模糊規(guī)則如下

其中，F(xiàn)^l表示模糊集；K_l∈R^2×5表示第l個線性模型的控制增益；

設計T-S模糊控制器為

其中，h_i(ζ)＝Fⁱ(ζ)，μ_i≥0，

步驟5：根據(jù)得到的控制器u，返回到變體飛行器動力學模型(1)中，實現(xiàn)跟蹤控制。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于Kalman濾波的變體飛行器T-S模糊控制方法，其特征在于步驟3中所述的Δt＝0.01s。