[发明专利]基于预见控制的无人直升机自动着舰控制系统

说明书

本发明公开了一种基于预见控制的无人直升机自动着舰控制系统，属于航空航宇推进控制技术领域。本发明针对无人直升机自动着舰的基准轨迹跟踪控制问题，并考虑了甲板运动干扰对跟踪控制性能的影响，根据直升机的气动特性将控制系统划分为四个子系统，利用预见控制方法依次求取控制信号，控制直升机安全精确地着舰。进一步地，本发明还针对甲板运动模型难以获取的问题，采用自适应AR模型预估算法，利用甲板运动历史数据对甲板运动未来数据进行预估，保证直升机的着舰精度。本发明可以保证闭环系统的全局稳定，并且使系统拥有良好的跟踪性能性能。

技术领域

本发明涉及飞行器控制系统，尤其涉及一种无人直升机自动着舰控制系统，属于航空航宇推进控制技术领域。

背景技术

无人直升机具有可垂直起降、定点悬停、不需要专用发射回收装置、对环境依赖程度低、易于对目标实施近距离精确侦察、定位、低空低速性好等一系列一般无人飞行器所不具备的优点，为海陆空各兵种所青睐。在未来战争中，无人直升机是信息网络中心的一个重要节点，负责对低空、超低空、大区域地、海面战场进行实时、近距离、全时段战术侦察。对于现代海上作战来讲，舰载无人直升机能够实现空间作战、电子战、预警、侦察、通信中继、超视距目标指示、搜索、救援、探测攻击潜艇等多项作战任务。综合考虑无人直升机自身的优点和海军发展的需求，无人直升机才是舰载无人机的最佳选择。

无人直升机是一个高阶、多变量、强耦合的系统，且由于旋翼机的气动特性，因此无人直升机具有稳定性差，不确定性强和易受环境干扰等特点。然而，要求无人直升机执行的任务比较复杂多样化，而且在舰载使用时，海况变化多端，这些因素都要求飞控系统具有解耦能力和较强的鲁棒性。传统的经典控制方法无法很好地满足直升机着舰系统的精确的跟踪性能，这极大地推动了先进的控制方法和控制理论关键技术的发展。

无人直升机着舰系统主要需要解决的问题是基准轨迹跟踪问题和甲板运动干扰补偿问题。直升机着舰的飞行环境和着舰的高精度要求对自动着舰系统的设计带来了很多技术上的难点。第一，飞行控制系统必需满足基准轨迹追踪的精度要求。无人直升机着舰需要解决的最关键的问题之一就是基准轨迹的追踪问题，基准轨迹追踪的精度将直接影响无人直升机着舰的精度。第二，自动着舰系统必需考虑甲板运动的补偿和预估问题。当直升机在高海况下自主下降着舰时，需要根据甲板运动的情况来确定最佳的下降时间，和最佳着舰速率。同时甲板运动通过改变理想着舰点位置使得预先制定的基准轨迹发生变化，从而影响直升机的着舰安全和着舰精度，所以在着舰最后阶段，直升机需要跟踪甲板运动作用后的理想着舰轨迹。

针对无人直升机的飞行控制，国内外学者进行了广泛的研究，从经典PID控制到现代控制理论再到人工智能控制，在理论上和实际型号应用上都取得了一定成果。目前主要的控制方法有：鲁棒控制、特征结构配置、模型预测控制、神经网络控制等。PID控制工程应用范围广，但其抗干扰能力较弱，并不能满足直升机自动着舰系统的要求。模型预测控制、神经网络控制计算量大，计算过程复杂，对机载电脑的性能要求较高。

传统的控制方法因计算机运算和数据传输存在一定的时延滞后，所以追踪效果会存在一定的滞后，上述现有控制技术均难以达到较好的控制效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于预见控制的无人直升机自动着舰控制系统，可有效解决直升机着舰轨迹跟踪问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

基于预见控制的无人直升机自动着舰控制系统，用于生成无人直升机的控制输入量u，以保证无人直升机的飞行高度H，横向飞行位置Y，纵向飞行位置X能快速跟踪到输入的飞行参考轨迹：飞行参考高度H_c，横向飞行参考位置Y_c，纵向飞行参考位置X_c；该控制系统利用预见控制方法设计而成，具体包括高度控制系统、纵向控制系统、横向控制系统和航向控制系统；

所述高度控制系统的控制律如下：