[发明专利]一种采用自适应变结构的飞艇定点悬停控制方法

说明书

本发明公开了一种采用自适应变结构的飞艇定点悬停控制方法，采用惯性组合导航设备测量飞艇的实时前向飞行位置，根据给定的定点悬停点得到位置误差变量；采用前向飞行速度代替误差微分信号；对位置误差信号采用积分算法产生积分信号，形成滑模面信号s₂，将滑模面信号引入俯仰舵偏量设计自适应规律补偿俯仰姿态运动对定点悬停的干扰，并考虑发动机推力的饱和限制，构造自适应变结构定点悬停控制律u₂，从而实现飞艇的定点悬停。本发明的有益效果是自适应能力强，参数选定后无需调整即可适应大范围的悬停控制要求，不仅具有很好的创新性，也具有很高的工程实用价值。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术领域，涉及一种采用自适应变结构的飞艇定点悬停控制方法。

背景技术

平流层飞艇早在第二次世界大战期间就有应用，但由于当时的控制技术不成熟，因此飞艇系统的可靠性不足导致其发展一度停滞不前。但随着科技的发展，自上世纪90年代以来，世界各国又兴起了一股飞艇研究的热潮，主要是由于其作为空间平台，在现代战争中有着广阔的应用，如其可作为武器平台携带一定质量的武器直接参与战争；也可作为探测平台，其具有停留时间长，停留高度高，视野广的优点；而且其体积大，可携带大体积的探测设备；也可作为通信平台，作为战争中武器制导信息的中继站。

定点悬停是飞艇作为平台时非常重要的一个状态，其定点的精确性，稳定性对战时观测、通信非常重要。同时定点悬停也是飞艇和直升机类飞行器所特有的控制要求，而常规飞行器如导弹、飞机、火箭则不涉及该类控制技术，因此目前有关定点悬停的专利研究较少，采用较多的是PID控制规律。PID控制规律的参数调节主要依赖设计人员的工程经验，而且定点悬停的范围如果变化较大后，控制参数需要重新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用自适应变结构的飞艇定点悬停控制方法，解决了目前有关定点悬停采用较多的是PID控制规律，参数调节主要依赖设计人员的工程经验，自适应差，而且定点悬停的范围如果变化较大后，控制参数需要重新设计的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一：位置测量与位置误差信号的生成；

采用惯性组合导航设备测量飞艇的实时前向飞行位置，记为x，根据给定的定点悬停点x^d，得到位置误差变量e_x，e_x＝x-x^d；

步骤二：速度测量与误差微分信号的形成；

采用前向飞行速度传感器测量飞艇的前向飞行速度，记为v_x，采用前向飞行速度代替误差微分信号，即

步骤三：滑模面s₂信号的构建；

对位置误差信号采用积分算法产生积分信号Ω，其满足

选取控制参数c₁与c₂为正的常数，形成滑模面信号s₂

步骤四：将上述滑模面信号引入俯仰舵偏量设计自适应规律补偿俯仰姿态运动对定点悬停的干扰，并考虑发动机推力的饱和限制，构造自适应变结构定点悬停控制律u₂，从而实现飞艇的定点悬停；

自适应变结构定点悬停控制律u_2a设计如下：

其中u₁为飞艇俯仰舵偏角，其中k_a1、k_a2、k_a3、ε为控制器参数，其为正常数；

θ为飞艇的俯仰角；