[發(fā)明專利]一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法

在審

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• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113110428A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 鄭澤偉;吳宇軒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法，它提供一種在考慮參數(shù)不確定、輸出約束以及外部干擾的情況下，艦載機著艦的新軌跡跟蹤控制方法，屬于艦載機自動控制技術領域。本方法基于反步法設計艦載機自主著艦軌跡跟蹤控制器，采用一種通用的非對稱障礙李雅普諾夫函數(shù)解決狀態(tài)約束問題和奇異值問題。同時，結合固定時間控制方法降低系統(tǒng)的收斂時間，使控制對象在固定時間內將軌跡跟蹤誤差收斂到零的一個小鄰域內，應用一種新型的自適應估計算法估計和補償模型中的不確定性和外界干擾。本發(fā)明降低了未知干擾對艦載機著艦軌跡跟蹤精度的影響，提升了軌跡跟蹤誤差的收斂速度，增強了系統(tǒng)的魯棒性與穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明提供一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法，它提供一種在考慮參數(shù)不確定、輸出約束以及未知干擾的情況下，艦載機著艦的新軌跡跟蹤控制方法，屬于艦載機自動控制技術領域。

背景技術

近年來，為了增強航空母艦/艦載機系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)能力，對于艦載機著艦軌跡跟蹤控制的研究和實際應用越來越多。艦載機在作戰(zhàn)過程中不僅可針對海、陸、空進行精準目標打擊，還能完成偵查、預警、電子對抗等多樣的精密作戰(zhàn)任務，是航空母艦戰(zhàn)斗力的主要體現(xiàn)。同時，強大的機艦協(xié)同作戰(zhàn)能力使得航空母艦成為保衛(wèi)國家海洋領土必不可少的武器裝備。這就要求艦載機具有良好的跟蹤性能以高效完成任務，在這種情況之下，許多跟蹤控制方法應運而生。在實際應用中，艦載機的模型參數(shù)無法準確得知，且著艦環(huán)境復雜多變，海上復雜的大氣環(huán)境以及艦尾流的干擾都會給艦載機的著艦過程帶來較大的擾動。因此為了讓艦載機能夠在復雜氣流環(huán)境下精準跟蹤參考軌跡飛行，有必要對艦載機的位置和姿態(tài)進行約束，并且艦載機的飛控系統(tǒng)應具備較強的魯棒性與穩(wěn)定性。目前，針對艦載機軌跡跟蹤控制算法的研究，主要應用的方法有視線制導、神經網(wǎng)絡、模糊理論等。這些方法大多沒有考慮輸出約束與固定時間收斂的問題，且衡量艦載機著艦性能的一個重要指標就是艦載機軌跡跟蹤誤差的收斂時間。因此，需要提出一個性能更好、可靠性更高的艦載機著艦軌跡跟蹤控制方法。

本發(fā)明“一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法”基于以上問題進行考慮，而提出可靠的，解決參數(shù)不確定、輸出約束、外界干擾下的艦載機著艦軌跡跟蹤問題的控制理論。通過慣性坐標系下艦載機的六自由度模型，將其軌跡跟蹤問題拆分為位置跟蹤問題、姿態(tài)跟蹤問題以及迎角跟蹤問題。其中，使用一種新型的自適應估計算法以及非線性干擾觀測器對外界干擾進行估計和補償估計。同時，引入障礙李雅普諾夫函數(shù)解決輸出約束問題，結合固定時間控制理論降低系統(tǒng)的收斂時間，使艦載機在固定時間內將軌跡跟蹤誤差收斂到零的一個小鄰域內。通過李雅普諾夫穩(wěn)定性分析以及模擬仿真，證明所設計控制器可靠性較高，艦載機可以高精度跟蹤參考軌跡，且在固定時間內將軌跡跟蹤誤差收斂到零的一個小鄰域內，并保證系統(tǒng)全局一致有界。

發(fā)明內容

1.目的：本發(fā)明的目的在于提供一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法，控制工程師可以在結合實際參數(shù)的同時，按照該方法實現(xiàn)艦載機著艦抗擾動、抗輸出約束的固定時間軌跡跟蹤控制。

2.技術方案：本發(fā)明“一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法”，其主要內容及步驟是：首先給定慣性坐標系下艦載機考慮外界干擾時的六自由度模型，然后針對該模型進行控制器設計。該方法依據(jù)有效輸入分為距離控制、姿態(tài)控制以及迎角恒定的自動油門控制三部分，因此控制律也相應的由三部分組成：距離控制律、姿態(tài)控制律以及自動油門控制律。三種控制律都基于輸出約束自適應反步法進行設計，并結合固定時間控制理論。由該方法計算得到的實際輸入控制量將傳輸至舵機及發(fā)動機等執(zhí)行機構，即可實現(xiàn)艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤功能。

本發(fā)明“一種基于受限反步法控制的艦載機著艦固定時間軌跡跟蹤方法”，其具體步驟如下：

步驟一 建立慣性坐標系下艦載機的六自由度嚴格反饋非線性仿射模型。