[發明專利]基于姿態解耦的寬域飛行自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 202210040225.4
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114415707B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 許斌;程怡新;李瑋奇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 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

1.一種基于姿態解耦的寬域飛行自抗擾控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮一類帶有外部擾動的寬域爬升飛行器姿態模型

其中，三通道姿態角Θ＝[θ,ψ,φ]^T和姿態角速度w＝[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_θ和F_ω是未知平滑函數，J是轉動慣量函數；U_M＝[M_x,M_y,M_z]^T是氣動力矩向量，M_x，M_y和M_z分別是滾轉力矩、偏航力矩和俯仰力矩；d_ω＝[d_x,d_y,d_z]^T是外部時變擾動向量；

通過對氣動力矩系數進行線性化處理，把(1)中第二個方程轉化為

其中，f_i,i＝x,y,z是未知平滑函數，g_i是已知平滑函數，δ_i是三通道舵偏，m_i是系統內部擾動；

把(1)中第一個方程進行以下轉化

其中，h_i,i＝x,y,z是通道耦合函數；

進一步把(3)求導，并把(2)帶入可得

定義狀態為ζ＝[ζ_z,ζ_y,ζ_x]^T＝[θ,ψ,φ]^T，i＝z,y,x，依據動力模態轉換將飛行器姿態模型描述為如下非線性切換系統

其中，u_i,σ(t)＝[δ_z,σ(t),δ_y,σ(t),δ_x,σ(t)]^T是控制輸入，y是系統輸出；函數σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,...,m}是切換信號，m等于劃分的模態個數，且σ(t)＝l時表示第l個子系統是激活的；

步驟2：當σ(t)＝l時，姿態控制器設計過程如下

定義跟蹤指令y_d＝[y_dz,y_dy,y_dx]^T＝[θ_d,ψ_d,φ_d]^T，令i＝z,y,x；則跟蹤誤差為

e_i＝ζ_i-y_di?????????????????????????(6)

狀態ζ_i的二階導數可寫為

其中，為集總擾動；

針對復合擾動，設計降階的擴張狀態觀測器為

其中，z_i1為姿態角速度的估計值，z_i2為集總擾動D_i,l的估計值，ω₀為觀測器帶寬；

控制器設計為

其中，k_pi,l和k_di,l是正的設計參數；

由于控制增益函數g_i,l存在誤差，可采用一個控制設計參數K_i,l來代替，故最終控制器為

步驟3：根據步驟2中得到的控制量u_i,l，返回到系統姿態模型(5)，對系統輸出y進行跟蹤控制。

2.一種計算機系統，其特征在于包括：一個或多個處理器，計算機可讀存儲介質，用于存儲一個或多個程序，其中，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執行時，使得所述一個或多個處理器實現權利要求1所述的方法。

3.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于存儲有計算機可執行指令，所述指令在被執行時用于實現權利要求1所述的方法。