[发明专利]一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法

权利要求书

1.一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法，其特征具体步骤如下：

步骤一建立无人机与航母动力学模型，根据俩者的相对位置，建立相对运动学方程；

步骤二根据反馈线性化理论方法设计无人机对航母轨迹控制器；

步骤三设计期望航母的空间轨迹；设计期望相对跟踪值；设计期望相对速度；

步骤四计算消除期望与实际相对纵向横向和垂向相对位置的误差；计算消除期望相对俯仰角与实际相对俯仰角之间的误差以及俯仰角速度q_e和下沉率

步骤五各执行部件控制信号计算：计算实现控制量所需的执行部件控制量u；

在步骤二中所述的根据反馈线性化理论方法设计无人机对航母轨迹控制器，其计算方法如下：将航母与无人机相对运动学模型转换成如下形式：

其中，

①相对位置状态量

其中，参数x_e为地面坐标系下无人机与航母之间x方向相对矢量位置，y_e为地面坐标系下无人机与航母之间y方向相对矢量位置，z_e为地面坐标系下无人机与航母之间z方向相对矢量位置，θ_e为无人机与航母之间的相对俯仰角，u_e为地面坐标系下无人机与航母之间x方向相对速度，v_e为地面坐标系下无人机与航母之间y方向相对速度，w_e为地面坐标系下无人机与航母之间z方向相对速度，q_e为无人机与航母之间机体坐标系下相对俯仰角速度；

②无人机体坐标系到地面坐标系转换矩阵

其中，参数θ_a为无人机沿地面坐标系的俯仰角

③反馈线性化控制矩阵

其中，参数均为气动导数，I_y为相对机体坐标y轴的惯性矩；

步骤三所述的设计期望航母的空间轨迹包括设计期望航母的平面轨迹和设计期望航母的垂直轨迹，所述的设计期望航母的平面轨迹为直线，直线轨迹由船无控制干扰情况下初始速度确定，期望航母的垂直轨迹为波浪起伏曲线 z_s(t) ＝ 1.22sin(0.6t)+0.305sin(0.2t) 确定，记作z_s(t)；所述的设计期望相对速度为C＞0为常数，为无人机与航母的期望相对速度沿机体坐标系的分解量；

在步骤四中所述的计算消除期望与实际相对纵向( ) 横向( ) 和垂向( ) 相对位置的误差

无人机与航母的期望相对位置其中P_e＝[x_e,y_e,z_e]^T为机体与航母空间轨迹之间的位置误差，P_e＝[x_e,y_e,z_e]^T由规划轨迹起始点机体位置坐标P_a＝[x_a,y_a,z_a]与航母直线轨迹P_s＝[x_s,y_s,z_s]做差求得，其计算方法如下：

无人机在进舰着舰的最后阶段，无人机截获合适的下滑道后，一直保持相同的俯仰角、速度和下沉率，直至无人机与航母飞行甲板碰撞，实现撞击式着舰，θ_a为无人机的俯仰角，其角度为无人机机体纵轴与地面坐标系纵轴之间夹角；θ_s为航母俯仰角，其角度为航母机体系纵轴线与地面坐标系纵轴之间夹角，即θ_e＝θ_a-θ_s；跟踪俯仰角、速度、下沉率误差其计算方法如下：

其中，参数q_e 为无人机与航母之间机体坐标系下相对俯仰角速度；参数w_e 为无人机与航母之间机体坐标系下相对z 轴的速度，

其中，

(C₁＞0,C₂＞0,C₃＞0)；

在步骤五中所述的各执行部件控制信号计算：计算实现控制量所需的执行部件控制量u ，其计算方法如下：

其中，k₁ 为速度增益矩阵，k₂ 为位移增益矩阵， 为 的逆矩阵，为非控制公式项；

其中，

2.根据权利要求1所述的一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法，其特征在于：

在步骤一中所述的建立以无人机重心为原点体坐标系O_ax_ay_az_a；以航母重心为原点体坐标系O_sx_sy_sz_s；以地面上任一点为原点惯性坐标系O_gx_gy_gz_g，其中原点O_g为地面任意一点，O_gx_g指向北，O_gy_g指向东，O_gz_g指向地心，然后建立无人机与航母动力学模型，根据俩者的相对位置，建立相对运动学方程。