[发明专利]一种基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法

权利要求书

1.一种基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法，其特征在于：所述基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法包括如下步骤：

步骤一给定期望跟踪值：给定期望姿态角Υ_d＝[θ_d,φ_d,ψ_d]^T，θ,φ,ψ分别表示飞艇的俯仰角、滚转角及偏航角；给定期望速度V_d＝[u_d,v_d,w_d]^T，u_d,v_d,w_d为期望速度沿艇体坐标系的分解量；

步骤二姿态角跟踪误差计算：计算期望姿态角与实际姿态角之间的误差Υ_e＝[θ_e,φ_e,ψ_e]^T；

步骤三H∞控制器设计：计算反馈增益K_c；

其中，所述的反馈增益K_c的计算方法如下：

1)给出线性化平流层飞艇状态方程

存在外界扰动的线性化平流层飞艇状态方程形式为其中A,B₁,B₂,C₁,C₂,D₁₁,D₁₂,D₂₁,D₂₂为过程参数，x＝[u,v,w,p,q,r]^T为状态量，μ为输入量，w₀扰动量，y为观测输出，z为可控输出；x_d＝[u_d,v_d,w_d,p_d,q_d,r_d]^T为期望状态量，p,q,r分别表示姿态角速度沿艇体坐标系的分解量，y_d＝C₂x_d+D₂₁w₀+D₂₂μ为期望观测输出；

2)设计H∞控制器，计算反馈增益K_c；

反馈增益K_c的计算方法如下：

给定正数γ_c＞0，定义矩阵P＝P^T＞0，并求解如下矩阵Riccati方程：

$A^{T}P+PA+P({\mathrm{\γ}}_c^{-2}{B}_1{B}_1^T-B_2{B}_2^T)P+C_1^T{C}_1=0;$

从而得到

$K_c=-B_2^{T}P;$

需要指出的是，H∞控制器输入量μ_c为：

μ_c＝y-yd；

步骤四计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差所需的无限控制量，即H∞控制器输出量y_c；

步骤五饱和非线性环节给定控制量限位：计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差所需的饱和控制量sat(μ)；

步骤六模型修复抗饱和控制补偿器涉及计算修正控制量的反馈项v_aw和修正状态量的反馈项y_aw；

步骤七计算经抗饱和控制补偿器修正后的H∞控制器输入μ_c,aw和H∞控制器输出y_c,aw。