[發明專利]基于地效干擾補償的低空飛行魯棒智能控制方法

有效

• 申請號: 202110402168.5
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113126495B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 許斌;王霞;孫紹山;陶呈綱;胡逸雯
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 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

1.一種基于地效干擾補償的低空飛行魯棒智能控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮飛行器縱向通道動力學模型：

所述的動力學模型由五個狀態量X＝[V,h,γ,α,q]^T和兩個控制輸入U＝[δ_e,T]^T組成；V表示速度，h表示高度，γ表示航跡角，α表示攻角，q表示俯仰角速度，δ_e表示舵偏角，T表示節流閥開度；m、I_yy和g分別表示質量、俯仰軸的轉動慣量和重力引起的加速度；

力、力矩以及各系數的表達式為：

其中，Q＝(1/2)ρV²表示動壓，S_ω表示氣動參考面積，c_A表示平均氣動弦長，C_L0、C_Lα、C_D0、C_Dα、C_m0、C_mα和均表示氣動參數；

步驟2：設計高度參考指令h_d為

其中，x_g表示飛行器重心沿地面坐標系x軸的投影，滿足Z₂表示飛行器直線下滑時的初始高度，由設計者給出；Z₁表示飛行器末端拉平時的初始高度，由設計者給出；Z₀表示超低空飛行段的初始高度，由設計者給出；

步驟3：將飛行器動力學模型解耦得到速度子系統(1)和高度子系統(2)-(5)；

速度子系統(1)寫為

式中，d_v表示地效干擾；

取x₁＝h，x₂＝γ，x₃＝θ，x₄＝q，其中θ＝α+γ表示俯仰角，高度子系統(2)-(5)寫為

式中，f₁＝0，g₁＝V，f₃＝0，g₃＝1，d₁，d₂，d₃和d₄表示地效干擾；

步驟4：針對速度子系統，定義速度跟蹤誤差為e_v＝V-V_c，設計控制輸入T為

式中，k_v＞0為設計參數；

定義建模誤差z_v為

其中由下式得到

式中，β_v＞0為設計參數；

設計自適應更新律為

式中，γ_v＞0，γ_zv＞0和δ_v＞0為設計參數；

設計擾動觀測器為

其中由下式得到

式中，L_v＞0和λ_v＞0為設計參數；

步驟5：定義高度跟蹤誤差e₁＝x₁-h_d，設計虛擬控制器為

式中，k₁＞0為控制參數；

引入一階濾波器

式中，α₂＞0為控制參數；

設計擾動觀測器為

其中由下式得到

式中，L₁＞0為設計參數；

定義航跡角跟蹤誤差為

設計俯仰角虛擬控制量為

式中，g₂₀為g₂的標稱值，k₂＞0為設計參數；

設計一階濾波器為

式中，α₃＞0為設計參數；

定義預測誤差z₂為

其中由下式得到

式中，β₂＞0為設計參數；

設計自適應律為

式中，γ₂＞0，γ_z2＞0和為設計參數；

設計擾動觀測器為

其中由下式得到

式中，L₂＞0和λ₂＞0為設計參數；

定義俯仰角跟蹤誤差為

設計俯仰角速率虛擬控制量為

式中，k₃＞0為設計參數；

設計一階濾波器為

式中，α₄＞0為設計參數；

設計擾動觀測器為

其中由下式得到

式中，L₃＞0為設計參數；

定義俯仰角速率跟蹤誤差為

設計控制輸入δ_e為

式中，g₄₀為g₄的標稱值，k₄＞0為設計參數；

定義建模誤差z₄為

其中由下式得到

式中，β₄＞0為設計參數；

設計自適應律為

式中，γ₄＞0，γ_z4＞0和為設計參數；

設計擾動觀測器為

其中由下式得到

式中，L₄＞0和λ₄＞0為設計參數；

步驟6：根據得到的推力T和舵偏角δ_e，返回到飛行器動力學模型(1)-(5)，對速度和高度進行跟蹤控制。