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

本發(fā)明涉及一種基于Kalman濾波的變體飛行器T?S模糊控制方法，該方法根據(jù)變體飛行器不同變形結(jié)構(gòu)將飛行器模型分成多個(gè)子系統(tǒng)，并采用小擾動(dòng)線性化方法得到不同子系統(tǒng)平衡點(diǎn)處的局部線性化模型，然后基于局部線性化模型通過(guò)模糊集和模糊規(guī)則構(gòu)建全局T?S模糊模型；考慮變體飛行器部分狀態(tài)不可測(cè)且存在測(cè)量噪聲，利用Kalman濾波器融合飛控信息和慣導(dǎo)信息實(shí)現(xiàn)狀態(tài)重構(gòu)；最后基于系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值設(shè)計(jì)全局T?S模糊控制器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變體飛行器的飛行控制，特別是涉及一種基于Kalman濾波的變體飛行器T-S模糊控制方法，屬于信息融合控制方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)

變體飛行器是一種多功能、多形態(tài)的新型飛行器，其主要特點(diǎn)是可以通過(guò)調(diào)整自身的外部結(jié)構(gòu)來(lái)獲得適合當(dāng)前飛行環(huán)境的最佳氣動(dòng)特性，該特點(diǎn)使得變體飛行器可以適用于更加復(fù)雜的飛行環(huán)境以及特殊的任務(wù)需求。

變體飛行器在變形過(guò)程中其氣動(dòng)力、氣動(dòng)力矩、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等會(huì)發(fā)生較大變化，飛行器具有較強(qiáng)的時(shí)變性和非線性特性，這使得變體飛行器的控制器設(shè)計(jì)更復(fù)雜。目前，已有基于參數(shù)空間法、魯棒增益調(diào)度法、線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)切換控制器等設(shè)計(jì)變體飛行器的控制器，這些方法可以保證變形過(guò)程中的穩(wěn)定性，但參數(shù)空間法和魯棒增益調(diào)度法對(duì)噪聲和外界干擾沒(méi)有抑制作用，LQR切換控制由于存在切換，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不連續(xù)且產(chǎn)生抖振。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，T-S模糊控制法被引入用于設(shè)計(jì)變體飛行器的控制器，T-S模糊控制器具有連續(xù)性且能保證變體過(guò)程的全局穩(wěn)定。但這些控制方法應(yīng)用的前提是要求系統(tǒng)狀態(tài)可測(cè)或可獲得，當(dāng)系統(tǒng)部分狀態(tài)不可測(cè)時(shí)，這些控制方法的控制性能會(huì)受到很大影響，甚至不可控。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于提供一種基于Kalman濾波的變體飛行器T-S模糊控制方法，以解決變體飛行器在系統(tǒng)部分狀態(tài)不可測(cè)時(shí)的跟蹤控制問(wèn)題。

技術(shù)方案

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(dòng)力學(xué)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(zhì)量、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和重力加速度；T表示推力；z_T表示發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)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(guò)程引起的慣性力和力矩，S_x表示分布在機(jī)體x軸方向的靜力矩，(1)中相關(guān)氣動(dòng)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(jī)翼面積；c_A表示平均氣動(dòng)弦長(zhǎng)；Q表示動(dòng)壓；C_L，C_D和C_m分別表示總的氣動(dòng)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(dòng)導(dǎo)數(shù)；m₁和m₃分別表示機(jī)翼和機(jī)身的質(zhì)量；r_1x和r_3x分別表示機(jī)翼和機(jī)身在機(jī)體坐標(biāo)系中的位置；

步驟2：選擇后掠角ζ為前件變量，構(gòu)建模糊規(guī)則如下