[发明专利]一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略

权利要求书

1.一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤一：根据初始远距离，设置减速开始距离与悬停开始距离；

假设初始时刻飞艇距离目标定点悬停位置为d₀，则设定减速开始距离为l，设定悬停开始距离为m；

步骤二：测量飞艇实时飞行位置，并与目标悬停位置进行比较，并作出控制模式选择判断；

测量飞艇的实时飞行位置，记为x，而期望的远距离定点悬停位置记为x^d，则两者之间的距离记为d＝|x-x^d|；

如果l＜d＜d₀，则进入第一段匀速飞行控制段；

如果m＜d≤l，则进入第二段减速飞行控制段；

如果0＜d≤m，则进入第三段定点悬停控制段；

步骤三：设定飞艇匀速飞行的期望速度为u^d，测量飞艇的实际前向飞行速度为u，则速度误差记为e_u，进行匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律设计；

步骤四：速度控制；选定悬停开始段的期望速度，进行减速段控制；

首先记录减速段开始的时间，记为t₁；其次设定悬停开始段的期望速度为u^db，然后设定减速持续时间为t_a，按照如下公式选取：

t_a＝2(l-m)/(u^da+u^db)

最后设定期望速度v^d＝u^da-(u^da-u^db)(t-t₁)/t_a输入给步骤三设计的匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律；

u^da为减速段控制开始时刻飞艇所具有的速度，t为实时时间；

步骤五：位置控制；测量飞艇的位置信息、前向速度信息，进行小距离的精确定点悬停控制；

其中u₂表示前向飞行的发动机输入参数，以控制飞艇的前向运动动力，e_x＝x-x^d，其中x为惯性导航器件测量所得的飞艇实时位置，而x^d为飞艇的期望定点悬停位置，其中u为飞艇前向飞行速度，其可由惯性导航器件测量而得，∫e_xdt为误差的积分，可由位置误差信号经过艇上计算机积分而得到，k_a1、k_a2、k_a3、ε为正的控制参数；

步骤六：建立飞艇俯仰通道模型，通过仿真来调选控制参数；

其中

而a₁₁,a₁₃,a₂₂,a₃₁,a₃₃由计算M矩阵的逆阵而获得，即满足

M矩阵由飞艇的质量与转动惯量所决定，其求取方法如下：

I₃为3阶单位矩阵；

其中m为飞艇的质量，a_z为常量，m₁₁、m₃₃、m₅₅由飞艇质量分布与转动惯量所决定：

m₁₁＝k_m1M_r，m₃₃＝k_m2M_r，m₅₅＝k_m3I_y，其中

k_m1＝0.1053；k_m2＝0.8260；k_m3＝0.1256；M_r＝ρV，其中ρ为大气密度，V为飞艇的体积；Q为动压头，其计算方法为Q＝0.5ρV_f²；V_f为飞艇的运动速度；为飞艇的前向飞行加速度；u为艇体坐标系中飞艇的前向飞行速度；为飞艇的垂向飞行加速度；w为艇体坐标系中飞艇的垂向飞行速度；为飞艇的俯仰角加速度；q为飞艇的俯仰角速度；为飞艇的俯仰角速度，θ为飞艇的俯仰角；为发射坐标系中飞艇的前向飞行速度；x为飞艇的前向飞行距离；为发射坐标系中飞艇的垂向飞行速度；z为飞艇的飞行高度；

k_g1与k_g2为舵效常数；C_X1、C_X2、C_z1、C_z2与C_z3为飞艇受力相关的空气动力系数，C_M1、C_M2、C_M1为飞艇受力矩相关的空气动力系数。