[发明专利]面向气动未知的宽域飞行智能反步切换控制方法

说明书

本发明涉及一种面向气动未知的宽域飞行智能反步切换控制方法，用于解决现有宽域飞行切换控制方法实用性差的技术问题。技术方案是考虑存在气动参数不确定性的宽域飞行多模态切换系统，基于反步法技术框架设计稳定模态的切换控制器；引入一阶滤波器处理虚拟控制量，解决复杂度爆炸问题；使用神经网络智能系统逼不确定，基于平行估计模型构造表征不确定估计性能好坏的预测误差，利用预测误差对神经网络权重更新律进行调节；基于惯性环节设计过渡模态控制器，保证多模态控制器的软切换；本发明结合飞行器宽域飞行多模态过程特点，通过设计面向气动未知的宽域飞行智能反步切换控制有效提升了不确定估计精度，实现控制的平滑切换，保证了飞行安全性。

技术领域

本发明属于飞行控制领域，涉及一种飞行器控制方法，特别是涉及一种面向气动未知的宽域飞行智能反步切换控制方法。

背景技术

随着航空航天技术的快速发展，飞行器的包线越来越宽，使得飞行器从地面水平起飞并进行宽域飞行成为了可能。飞行器在宽域爬升过程中，速度不断增加至高超声速，将在远程快速运输、太空旅行、全球快速打击等方面发挥重要作用。

宽域飞行过程中，飞行器可能面临不同的动力模式、气动构型和飞行任务，导致存在多种飞行模态。多模态是飞行器宽域爬升过程的普遍特性，需要针对不同模态建立不同的模型并设计不同的控制器，因此飞行器宽域爬升过程是多模态飞行控制器的切换过程，设计多模态切换控制器保证模态间的顺利切换至关重要。宽域爬升飞行器自身具有强非线性特性，同时大包络飞行环境十分复杂，导致飞行器气动参数未知且存在强不确定性，严重影响飞行安全，需要在切换控制中考虑不确定性的影响。现有控制方法多采用神经网络或模糊逻辑等智能系统逼近不确定性，这些控制方法只考虑了智能系统的逼近作用，忽视了智能估计策略的本质，没有对不确定性估计效果进行有效评价，鲁棒性较差，不利于工程实现。因此研究面向不确定估计效果增强的先进切换控制方法对于宽域飞行切换系统控制研究意义重大且有着迫切需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有宽域飞行切换系统控制方法实用性差的不足，本发明提供一种面向气动未知的宽域飞行智能反步切换控制方法。

技术方案

一种面向气动未知的宽域飞行智能反步切换控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：考虑一类宽域爬升飞行器，将姿态子系统写为如下多输入多输出切换系统

其中，三通道姿态角X₁＝[θ ψ φ]^T和姿态角速度X₂＝[ω_x ω_y ω_z]^T是状态变量，θ，ψ，φ，ω_x，ω_y和ω_z分别是俯仰角、偏航角、滚转角、滚转角速度、偏航角速度和俯仰角速度；f_i,σ(t),i＝1,2是未知平滑函数，g_i,σ(t),i＝1,2是已知非零平滑函数；u_σ(t)＝[δ_x,σ(t)δ_y,σ(t) δ_z,σ(t)]^T是控制输入，δ_i,σ(t),i＝x,y,z分别是滚转舵偏、偏航舵偏和俯仰舵偏，y是系统输出；函数σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,…,m}是切换信号，m等于划分的稳定模态个数，且σ(t)＝k时表示第k个子系统是激活的；

步骤2：针对非线性切换系统(1)，基于反步法控制框架设计智能自适应切换控制器；

第1步：

定义跟踪误差其中是三通道姿态参考指令；

对于未知函数f_1,k，用神经网络来逼近