[发明专利]一种基于固定时间微分器预测的抗时延高精度自抗扰姿态控制方法

说明书

本发明公开一种基于固定时间微分器预测的抗时延高精度自抗扰姿态控制方法，属于制导与控制技术领域，具体方案如下：一种基于固定时间微分器的抗时延高精度自抗扰姿态控制方法，包括以下步骤：步骤一：设计固定时间收敛微分器并获取姿态变化速率观测值；步骤二：基于固定时间收敛微分器预测实时飞行状态；步骤三：构建飞行器三通道姿态误差跟踪模型；步骤四：构建自抗扰控制系统，利用飞行器实时飞行状态，通过自抗扰控制系统生成实时气动舵的摆动指令。本发明将能够有效降低我国飞行器的研制和生产成本，为提升我国航空实力提供技术支持。

技术领域

本发明属于制导与控制技术领域，涉及一种基于固定时间微分器预测的抗时延高精度自抗扰姿态控制方法。

背景技术

高性能元器件的使用是实现飞行器高品质飞行的重要保障。然而高性能元器件带来的高成本也为国家财政带来了沉重负担。在保证飞行器飞行品质的同时，降低飞行器的生产成本，提高飞行器任务执行的效费比，是提升我国航空实力的有效途径。

然而，降低飞行器的生产成本意味着需要使用低成本但性能较差的元器件，这就对机载软件系统设计提出了更高要求，如何利用高品质的导航、制导、控制等算法，实现对硬件系统性能损失的有效补偿，是实现低成本飞行器的关键技术。以控制算法设计为例，低成本器件的使用可能引起实时姿态反馈信号的较大延时，传统飞行控制系统设计方法在大延时条件下可能会引起飞行器飞行过程中的姿态往复振荡，陷入迟滞环状态，甚至会姿态发散失稳。因此，针对延时条件进行针对性的控制系统设计，对提高低成本飞行器飞行品质，保证飞行器的任务执行效能，具有重要意义。

发明内容

本发明目的是为了解决低成本飞行器高延时条件下姿态稳定控制问题，提供了一种基于固定时间微分器预测的抗时延高精度自抗扰姿态控制方法，利用该算法有效弥补由于低成本器件带来的硬件性能损失，所采取的技术方案如下：

一种基于固定时间微分器预测的抗时延高精度自抗扰姿态控制方法，包括以下步骤：

步骤一：设计固定时间收敛微分器并获取姿态变化速率观测值；

步骤二：基于预测器预测实时飞行状态；

步骤三：构建飞行器三通道姿态误差跟踪模型；

步骤四：构建包含扰动状态观测器和非线性反馈律的自抗扰控制系统，利用飞行器实时飞行状态，通过自抗扰控制系统生成实时气动舵的摆动指令。

进一步地，步骤一所述设计固定时间收敛微分器并获取姿态变化速率观测值的过程为：

第一步：利用速率陀螺获取延时kh的飞行器姿态信息其中h表示采样周期，k表示延时的周期个数，表示俯仰角，为偏航角，为滚转角；

第二步：分别针对俯仰、偏航和滚转三个通道构建如下所示的三阶固定时间收敛微分器：

其中下标分别表示对应参数为俯仰、偏航和滚转通道的参数；y_i(t)表示不同通道的测量值(即)；t表示时间，z_1i表示不同通道姿态角的观测值；z_2i表示不同通道姿态变化速率的观测值；z_3i表示不同通道姿态变化加速度观测值，，分别表示z_1i、z_2i和z_3i关于时间t的导数，α_1i，α_2i，α_3i表示大于1的高幂次项幂指数；β_1i，β_2i，β_3i表示小于等于1的低幂次项幂指数，k_1i和κ_1i分别对应于固定时间收敛微分器大于1的高幂次项和小于等于1的低幂次项的增益系数。