[發明專利]固定翼飛行器縱向通道控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202110364696.6
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN112987559B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 蔣自成;張一癸;李健;唐國金;段雅婷;劉紅
• 申請（專利權）人: 廣東英諾威盛科技有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

1.固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于，包括：

第一步，將未建模部分、參數不確定性和外部干擾統稱為總擾動，用擴張狀態表示，建立含總擾動的固定翼飛行器縱向通道擴張狀態模型；

第二步，對于輸入的高度信號，采用最速控制綜合函數構建高度跟蹤微分器對高度信號進行平滑濾波處理，輸出參考高度信號及其微分信號，對于輸入的速度信號，采用最速控制綜合函數構建速度跟蹤微分器對速度信號進行平滑濾波處理，輸出參考速度信號及其微分信號，并將其轉換為單位重量的參考總能量、參考總能量變化率、參考能量分配和參考能量分配變化率；

第三步，以參考總能量、參考總能量變化率、實際總能量和實際總能量變化率作為輸入，設計總能量通道的雙閉環串聯型PID控制器，其中總能量控制為外環，總能量的變化率控制為內環；

第四步，以參考能量分配、參考能量分配變化率、實際能量分配和實際能量分配變化率作為輸入，設計能量分配通道的雙閉環串聯型PID控制器；

第五步，分別設計總能量通道和能量分配通道的二階擴張狀態觀測器，利用反饋的實際狀態量和執行器延時處理后的控制量，對第一步中建立的固定翼飛行器縱向通道擴張狀態模型中的總擾動進行估計，并對控制器輸出進行擾動補償，得到最終控制量。

2.根據權利要求1所述的固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于，第一步中，選擇實際總能量和實際能量分配作為狀態變量，建立固定翼飛行器縱向通道擴張狀態模型為：

其中，和分別為總能量通道控制量和能量分配通道控制量的放大倍數估計參數，為油門信號延遲時間后的輸出值，為升降舵量延遲時間后的輸出值，為總能量通道的未建模部分以及外部擾動的總和，為能量分配通道的未建模部分以及外部擾動的總和，和分別為總能量通道和能量分配通道的外部擾動。

3.根據權利要求2所述的固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于，第二步中采用最速控制綜合函數構建高度跟蹤微分器，如下：

其中，為輸入的高度信號，為參考高度信號，為參考高度的微分信號，為高度跟蹤微分器的濾波因子，為高度跟蹤微分器的快速因子，為中間變量，為最速控制綜合函數；

采用最速控制綜合函數構建速度跟蹤微分器，如下：

其中，為輸入的速度信號，為參考速度信號，為參考速度的微分信號，為速度跟蹤微分器的快速因子，為速度跟蹤微分器的濾波因子，為中間變量，為最速控制綜合函數。

4.根據權利要求3所述的固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于，第二步中，單位重量的參考總能量、參考總能量變化率、參考能量分配和參考能量分配變化率，轉換公式為：

。

5.根據權利要求1至4中任一項所述的固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于：第三步中總能量通道的雙閉環串聯型PID控制器的表達公式如下：

其中，為總能量誤差，為總能量變化率誤差，為總能量通道的雙閉環串聯型PID控制器輸出，為總能量通道的雙閉環串聯型PID控制器的PID控制參數。

6.根據權利要求5所述的固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于：第四步中，能量分配通道的雙閉環串聯型PID控制器的表達公式如下：

其中，為能量分配誤差，為能量分配變化率誤差，為能量分配通道的雙閉環串聯型PID控制器輸出，為能量分配通道的雙閉環串聯型PID控制器的PID控制參數。

7.根據權利要求1至4中任一項所述的固定翼飛行器縱向通道控制方法，其特征在于：第五步中，總能量通道的二階擴張狀態觀測器，如下：

其中，為擴張狀態觀測器對總能量的估計值，表示擴張狀態觀測器對總能量變化率的估計值，表示總能量估計誤差，表示擴張狀態觀測器對總能量通道的未建模部分以及外部擾動的總和的估計值，表示擴張狀態觀測器對總能量通道的未建模部分以及外部擾動的總和的變化率的估計值，為油門信號延時時間后的值，和為總能量通道的擴張狀態觀測器參數，為原點附近具有線性段的連續的冪次函數，為正整數，為線性段的區間長度，取0.05。