[發明專利]一種抗飽和的參數自調節的超螺旋滑模控制方法及系統

在審

• 申請號: 202211468453.8
• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115981146A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 周奕雯;葉賽仙;梁耀;謝偉;侯小蘭
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明涉及一種抗飽和的參數自調節的超螺旋滑模控制方法及系統，屬于飛行控制技術領域。本發明提供的方法包括：步驟一、設計輔助系統使強干擾條件下執行機構快速退出飽和；步驟二、設計超螺旋滑模控制器抑制干擾并削弱抖振；步驟三、設計自適應律來動態調整超螺旋滑模控制器的參數。本發明針對導彈分離過程中強干擾造成的執行機構飽和問題、復雜流場造成的模型不確定問題，提出了抗飽和的參數自調節的超螺旋滑模控制方法，提高系統干擾抑制能力，保證系統精確跟蹤指令。

技術領域

本發明涉及一種抗飽和的參數自調節的超螺旋滑模控制方法及系統，屬于飛行控制技術領域。

背景技術

為提高武器系統射程，常采用運載器/助推器發射導彈的方式實現導彈與運載器/助推器分離。隨著武器系統戰術技術指標提升，導彈分離包絡不斷擴大，常面臨高空弱操縱效率分離工況。分離時，由于運載器/助推器與導彈之間存在復雜流場，導彈面臨強氣動干擾，分離初始角速度干擾可能較大，容易導致控制系統執行機構出現飽和，甚至影響安全分離。導彈在分離過程，需要在輸入受限條件下克服初始角速度干擾和復雜氣動干擾，精確跟蹤姿態指令，實現運載器/助推器與導彈的安全分離。

滑模控制具有對參數變化及擾動不靈敏的優點,但是由于系統不確定和非理想的切換特性，一階滑模存在高增益和抖振的問題。實際工程中不希望出現抖振，抖振的存在不僅會降低控制精度，造成機械磨損，能耗增大，還可能激發系統固有振蕩源，造成系統失穩。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，針對導彈分離過程中強干擾造成的執行機構飽和問題、復雜流場造成的模型不確定問題，提供了一種抗飽和的參數自調節的超螺旋滑模控制方法。

本發明的技術解決方案是：

一種抗飽和的參數自調節的超螺旋滑模控制方法，包括：

設計輔助系統使強干擾條件下執行機構快速退出飽和；

設計超螺旋滑模控制器抑制干擾并削弱抖振；

設計自適應律動態調整超螺旋滑模控制器的參數。

進一步的，所述設計輔助系統使強干擾條件下執行機構快速退出飽和，具體如下：

為實現控制飽和的補償，設計穩定自適應的輔助系統為：

其中：參數b是與舵效相關的參數，Δu為舵偏差值，參數c₁＞0,c₂＞0；λ₁為輔助系統輸出量，λ₂為輔助系統中間變量，為λ₁、λ₂的導數。

進一步的，當Δu為0時，輔助系統不影響系統性能；當Δu不為0時，通過合理選取c₁、c₂，可退出飽和。

進一步的，所述設計超螺旋滑模控制器抑制干擾并削弱抖振，具體如下：對超螺旋滑模控制器進行如下改進：加入線性項ks以加快收斂速度、將符號函數sign(s)改為雙曲正切函數以保證控制指令平滑。

進一步的，改進的超螺旋滑模控制器如下：

式中：參數λ＞0,q＞0,k＞0，s為滑模切換函數。

進一步的，所述設計自適應律來動態調整超螺旋滑模控制器的參數，具體如下：在設計的Lyapunov函數中增加控制參數誤差的二次項，從而引入控制參數自適應律的求取步驟，通過實時調整控制參數保證閉環系統的穩定。

進一步的，

定義Lyapunov函數V₃為：