[發明專利]面向氣動未知的寬域飛行智能反步切換控制方法

有效

• 申請號: 202110335388.0
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113031449B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 許斌;程怡新;尤明;戴磊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種面向氣動未知的寬域飛行智能反步切換控制方法，用于解決現有寬域飛行切換控制方法實用性差的技術問題。技術方案是考慮存在氣動參數不確定性的寬域飛行多模態切換系統，基于反步法技術框架設計穩定模態的切換控制器；引入一階濾波器處理虛擬控制量，解決復雜度爆炸問題；使用神經網絡智能系統逼不確定，基于平行估計模型構造表征不確定估計性能好壞的預測誤差，利用預測誤差對神經網絡權重更新律進行調節；基于慣性環節設計過渡模態控制器，保證多模態控制器的軟切換；本發明結合飛行器寬域飛行多模態過程特點，通過設計面向氣動未知的寬域飛行智能反步切換控制有效提升了不確定估計精度，實現控制的平滑切換，保證了飛行安全性。

技術領域

本發明屬于飛行控制領域，涉及一種飛行器控制方法，特別是涉及一種面向氣動未知的寬域飛行智能反步切換控制方法。

背景技術

隨著航空航天技術的快速發展，飛行器的包線越來越寬，使得飛行器從地面水平起飛并進行寬域飛行成為了可能。飛行器在寬域爬升過程中，速度不斷增加至高超聲速，將在遠程快速運輸、太空旅行、全球快速打擊等方面發揮重要作用。

寬域飛行過程中，飛行器可能面臨不同的動力模式、氣動構型和飛行任務，導致存在多種飛行模態。多模態是飛行器寬域爬升過程的普遍特性，需要針對不同模態建立不同的模型并設計不同的控制器，因此飛行器寬域爬升過程是多模態飛行控制器的切換過程，設計多模態切換控制器保證模態間的順利切換至關重要。寬域爬升飛行器自身具有強非線性特性，同時大包絡飛行環境十分復雜，導致飛行器氣動參數未知且存在強不確定性，嚴重影響飛行安全，需要在切換控制中考慮不確定性的影響?，F有控制方法多采用神經網絡或模糊邏輯等智能系統逼近不確定性，這些控制方法只考慮了智能系統的逼近作用，忽視了智能估計策略的本質，沒有對不確定性估計效果進行有效評價，魯棒性較差，不利于工程實現。因此研究面向不確定估計效果增強的先進切換控制方法對于寬域飛行切換系統控制研究意義重大且有著迫切需求。

發明內容

要解決的技術問題

為了克服現有寬域飛行切換系統控制方法實用性差的不足，本發明提供一種面向氣動未知的寬域飛行智能反步切換控制方法。

技術方案

一種面向氣動未知的寬域飛行智能反步切換控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮一類寬域爬升飛行器，將姿態子系統寫為如下多輸入多輸出切換系統

其中，三通道姿態角X₁＝[θ ψ φ]^T和姿態角速度X₂＝[ω_x ω_y ω_z]^T是狀態變量，θ，ψ，φ，ω_x，ω_y和ω_z分別是俯仰角、偏航角、滾轉角、滾轉角速度、偏航角速度和俯仰角速度；f_i,σ(t),i＝1,2是未知平滑函數，g_i,σ(t),i＝1,2是已知非零平滑函數；u_σ(t)＝[δ_x,σ(t)δ_y,σ(t) δ_z,σ(t)]^T是控制輸入，δ_i,σ(t),i＝x,y,z分別是滾轉舵偏、偏航舵偏和俯仰舵偏，y是系統輸出；函數σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,…,m}是切換信號，m等于劃分的穩定模態個數，且σ(t)＝k時表示第k個子系統是激活的；

步驟2：針對非線性切換系統(1)，基于反步法控制框架設計智能自適應切換控制器；

第1步：

定義跟蹤誤差其中是三通道姿態參考指令；

對于未知函數f_1,k，用神經網絡來逼近