[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

本發明涉及一種基于姿態解耦的寬域飛行自抗擾控制方法，用于解決現有寬域飛行切換控制方法實用性差的技術問題。考慮存在不確定性和風干擾的寬域飛行姿態模型，利用通道解耦和模態劃分得到二階姿態切換系統，直接設計多模態非線性切換控制器；使用擴張狀態觀測器估計包含系統不確定性、內部干擾、解耦函數和外界時變干擾的集總擾動；基于擴張狀態觀測器設計自抗擾切換控制器，保證多模態控制器對不確定性和外界時變擾動的有效估計；本發明結合寬域飛行多模態過程特點，通過設計寬域飛行自抗擾切換控制有效提升了控制器魯棒性，實現多模態的有效切換，保證了飛行安全性，適用于工程應用。

技術領域

本發明涉及一種飛行器控制方法，特別是涉及一種基于姿態解耦的寬域飛行自抗擾控制方法。

背景技術

隨著航空航天技術的快速發展，尤其是吸氣式組合發動機技術的不斷成熟，飛行器可以從地面水平起飛進行穿梭于稠密大氣、臨近空間的跨域飛行。飛行器在寬域飛行過程中可達高超聲速，應用前景十分廣泛，在商業上可以實現洲際載客航空、跨洋快速運輸和太空旅行，軍事上可實現全球快速打擊。

寬域飛行過程中飛行器速域歷經亞聲速、超聲速和高超聲速，空域歷經對流層、平流層和中間層，飛行環境復雜多變，發動機發生動力模態轉換，整體存在多模態特性，需要設計切換控制器以應對不同模態下飛行器需求和模態的順利轉換。飛行系統自身存在強不確定性且寬域飛行過程易受到風干擾影響，嚴重威脅飛行安全，因此需要在切換控制中考慮不確定性和外界擾動影響?，F有控制方法多把不確定性和擾動當作集總不確定，采用神經網絡等智能系統或擾動觀測器進行估計補償，這些控制方法較為復雜，對計算資源和迭代速度要求較高，在工程上可行性不強。因此研究面向可靠性增強的切換控制方法對于大包絡穩定飛行研究具有重要的工程意義和技術需求。

發明內容

要解決的技術問題

為了克服現有寬域飛行切換系統控制方法實用性差的不足，本發明提供一種基于姿態解耦的寬域飛行自抗擾控制方法。

技術方案

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；