[發明專利]一種可棲落機動的變體飛行器切換自適應控制方法

有效

• 申請號: 202110761219.3
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113377122B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 梁小輝;許斌;宋燕隨;任錦瑞
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 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: 高凌君

本發明提供一種可棲落機動的變體飛行器切換自適應控制方法，解決目前變體飛行器棲落機動帶來的強耦合、非線性、不確定性以及快時變等帶來的控制系統設計問題。具體包括以下步驟：1)分析變體飛行器的棲落機動及機翼滑動行為，建立變體飛行器縱向動力學模型；2)利用步驟1)建立的變體飛行器縱向動力學模型，構建面向棲落機動的變體飛行器姿態切換系統模型，并設計基于模型依賴駐留時間的切換控制策略；3)針對步驟2)構建的變體飛行器姿態切換模型設計切換跟蹤參考系統；4)根據步驟3)設計的切換跟蹤參考系統，構造狀態反饋控制器，并針對狀態反饋控制器設計自適應更新律，進行變體飛行器切換自適應控制。

技術領域

本發明屬于變體飛行器控制技術領域，具體涉及一種可棲落機動的變體飛行器切換自適應控制方法。

背景技術

近年來飛行器研究與驗證得到了迅速的發展，由于其低成本、使用靈活和應用場景廣泛等特點，在軍事和民用方面都表現出巨大的潛力，世界各航空大國都在積極開展飛行器技術研究與驗證，力圖進一步挖掘飛行器使用的新方向和新能力，如美國《2009-2034無人系統綜合路線圖》規劃提出發展新概念飛行器，《中國新一代人工智能發展報告2019》布局飛行器人工智能。因此，更智能、更靈活、更自主是飛行器未來發展的重要方向。

觀察鳥類飛行過程可以發現，鳥類在飛行過程中會根據飛行環境自適應地改變翅膀的形狀，使其飛行速度迅速降低，最終實現快速精準的棲落在樹木、樓宇或者其他目標位置。

受鳥類棲落飛行過程的啟發，如果飛行器可以像鳥類一樣，通過類似棲落機動這樣的方式，快速實現飛行速度的降低，最終降落的目標位置，這樣可以大大降低飛行器對起降場地的限制，可以有效的擴展飛行器的使用范圍。但是，目前傳統的固定翼飛行器很難實現飛行速度的快速降低，完成棲落機動。

變體飛行器可根據任務需求和飛行環境，調整機體的構型進而改善飛行器本身的氣動特性，為飛行器實現棲落機動提供了一種可能；但是變體飛行器由于變形過程導致其氣動特性復雜，姿態動力學模型表形出強耦合、非線性等特點，給控制系統的設計與實現帶來了巨大挑戰。特別是變體飛行器在實現棲落這一復雜機動過程中，攻角會拉大到過失速狀態，姿態變化劇烈，進一步增加了動力學建模與控制系統設計的難度。

針對上述問題本發明結合切換控制理論，提出了一種變體飛行器棲落機動魯棒自適應控制方法來解決飛行器棲落過程建模和控制器設計的問題。

發明內容

本發明的目的在于解決目前變體飛行器棲落機動帶來的強耦合、非線性、不確定性以及快時變等帶來的控制系統設計問題，而提供一種可棲落機動的變體飛行器切換自適應控制方法，一種基于切換理論的可棲落變體飛行器魯棒自適應控制方法。

本發明的主要研究對象是一種機翼可沿機身方向自由滑動的變體飛行器，具體結構如圖1所示。它可以通過改變機翼位置來優化整個機翼的氣動特性，進而改善棲落末端氣動能力低的情況，保證飛行器的姿態控制能力。

為實現上述目的，本發明所提供的技術解決方案是：

一種可棲落機動的變體飛行器切換自適應控制方法，所述變體飛行器的機翼能夠沿機身方向自由滑動，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)分析變體飛行器的棲落機動及機翼滑動行為，建立變體飛行器縱向動力學模型；

2)利用步驟1)建立的變體飛行器縱向動力學模型，構建面向棲落機動的變體飛行器姿態切換系統模型，并設計基于模型依賴駐留時間的切換控制策略；

3)針對步驟2)構建的變體飛行器姿態切換模型設計切換跟蹤參考系統；

4)根據步驟3)設計的切換跟蹤參考系統，構造狀態反饋控制器，并針對狀態反饋控制器設計自適應更新律，進行變體飛行器切換自適應控制。

進一步地，步驟1)變體飛行器縱向動力學模型方程如下所示：