[发明专利]一种基于双干扰观测的飞行器俯仰通道反演控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双干扰观测的飞行器俯仰通道反演控制方法，测量飞行器攻角与俯仰角速率，并构造内回路的力干扰观测器；构造攻角误差，设计俯仰角速率期望值的反演控制律；定义俯仰角速率误差，构建外回路干扰观测器；构建飞行器攻角反演跟踪控制律，实现飞行器俯仰通道攻角跟踪攻角指令。本发明的有益效果是具有很好的稳定性与鲁棒性，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，涉及一种采样干扰观测器来解决飞行器俯仰通道的不确定性问题并控制飞行器攻角的方法。

背景技术

一般非倾斜转弯的常规飞行器控制可以分为俯仰通道控制、偏航通道控制与滚转通道控制，其中滚转通道一般采用PID控制，而俯仰通道与偏航通道是对称的，故两者可以采用相似的控制律，因此飞行器俯仰通道控制律在三通道可分离设计类型的飞行器控制中占主要地位。目前传统的经典方法是针对特征点简化模型进行控制器设计，当然也有部分研究者直接针对飞行器的俯仰通道非线性模型直接进行设计，两者在工程实际中均取得了较好的效果。由于飞行器高速运动过程中，受到的力与力矩是很难以准确进行建模的，因此很多学者对模型的不确定性部分引入了各种各样的自适应控制方法、变结构控制方法等非线性控制方法，以适应模型的不确定性，使得所设计的飞行器控制系统具有良好的鲁棒性。本发明提出一种在飞行器力与力矩两个层面引入两个干扰观测器的方法来补偿未知力与力矩对控制系统设计的影响，从而得到一类基于反演的攻角跟踪控制方法，最后仿真实验结果也表明了本方法不仅在理论上是新颖的，而且在工程实际中也是可行并有效的，从而能对各种高空或低空飞行器的控制能提高理论指导与借鉴。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双干扰观测的飞行器俯仰通道反演控制方法，本发明的有益效果是具有很好的稳定性与鲁棒性，具有很高的工程实用价值。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一：测量飞行器攻角与俯仰角速率，并构造内回路的力干扰观测器；

首先采用攻角传感器，安装于飞行器纵轴上，测量飞行器的攻角，记为α；

其次采用速率陀螺仪，安装于飞行器纵轴上，测量飞行器俯仰角速率，记为ω_z；

最后按照如下微分方程构造内回路的力干扰观测器，

其中与为飞行器内回路未知干扰力D的估计值，而为飞行器攻角α的估计值，为的导数，为的导数，sign为符号函数，k₀与k₁为力干扰观测器的增益，可以设计为正值，一般可选为大于2的正数。a₃₄为飞行器俯仰通道简化模型的实验参数，根据飞行器风洞实验数据确定。

步骤二：构造攻角误差，设计俯仰角速率期望值的反演控制律

首先根据上述攻角传感器测量的攻角α，并与期望的攻角指令α^d进行比较，得到攻角误差信号e_α如下

e_α＝α-α^d；

其中α^d是控制系统为了实现飞行器给定飞行任务而设计的攻角指令。

其次，根据上述攻角测量信号α、与攻角指令α^d、攻角误差信号e_α以及上述力干扰观测器的观测结果设计俯仰角速率期望值的反演控制律如下：