[發明專利]考慮氣動伺服彈性的飛行器魯棒自適應控制方法

有效

• 申請號: 202210400771.4
• 申請日: 2022-04-17
• 公開（公告）號: CN114779636B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 許斌;王霞;都巖巍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 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

本發明涉及一種考慮氣動伺服彈性的飛行器魯棒自適應控制方法，屬于飛行器控制領域，用于解決飛行器表現出的氣動伺服彈性和氣動參數不確定問題。該方法利用傳感器測量信號和加權最小二乘法對彈性頻率進行在線辨識，并將所辨識頻率作為陷波器的中心頻率以抑制彈性模態影響。基于濾波后的剛體信號，采用神經網絡處理氣動不確定性，采用擾動觀測器補償剛彈耦合效應，設計魯棒自適應控制實現系統的有效跟蹤。該控制方案通過自適應陷波避免彈性信號引入控制器設計，保證了系統閉環控制性能，對飛行器安全可靠飛行具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種飛行器控制方法，特別是涉及一種考慮氣動伺服彈性的飛行器魯棒自適應控制方法，屬于飛行器控制領域。

背景技術

細長機身設計和輕質化材料的應用，使飛行器動力學表現出彈性振動模態。當傳感器測量信號包含的彈性振動信息引入控制器設計時，會對整個閉環控制系統產生影響，即氣動伺服彈性問題。忽略此問題可能會使系統控制性能降低，甚至導致失穩。而天地環境不一致使氣動參數存在不確定，需對其進行有效處理保證控制精度。

《高超聲速飛行器氣動伺服彈性的自適應抑制》(樸敏楠,陳志剛,孫明瑋，陳增強，《航空學報》,2020,41(11):623698)一文針對高超聲速飛行器的氣動伺服彈性問題，提出一種基于自適應陷波的線性自抗擾控制方案。針對氣動不確定性和干擾引入線性自抗擾進行估計與補償，采用陷波器抑制彈性模態對剛體控制性能的影響。該設計忽略了氣動不確定是否有效估計的問題，僅依靠高增益估計難以取得良好的控制性能。

發明內容

要解決的技術問題

針對具有氣動伺服彈性的飛行器控制問題，本發明設計了一種基于滑模面和神經網絡的彈性飛行器魯棒自適應控制方法。

技術方案

一種考慮氣動伺服彈性的飛行器魯棒自適應控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮彈性飛行器縱向通道動力學模型為

所述運動學模型由七個狀態量和三個控制輸入U＝[δ_e,δ_c,Φ]^T組成；其中，V表示速度，h表示高度，γ表示航跡角，α表示攻角，q表示俯仰角速率，η和表示彈性模態，δ_e表示升降舵偏角，δ_c表示鴨翼偏角，Φ表示油門閥開度；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；ζ、ω和N分別表示彈性模態的阻尼比、自然振動頻率和廣義力；

力、力矩以及各系數的表達式為

其中，表示動壓，S表示氣動參考面積，表示平均氣動弦長，z_T表示推力力矩臂，和均表示氣動參數；

步驟2：定義高度跟蹤誤差為設計航跡角指令為

式中，h_r表示高度參考指令，表示高度參考指令的一階微分，k_h0和k_i0為設計參數；

根據時標分離，將速度看作慢動態，設計航跡角指令的一階微分為

式中，表示高度參考指令的二階微分；

為抵消非最小相位特性，設計鴨翼偏轉角為