[发明专利]基于时标分解的弹性体飞行器全局有限时间控制方法

说明书

本发明涉及一种基于时标分解的弹性体飞行器全局有限时间控制方法，属于飞行器控制领域，用于解决弹性体飞行器表现出的弹性模态和气动不确定问题。该方法首先基于奇异摄动理论将刚弹耦合飞行动力学转换为刚体慢变子系统和弹性快变子系统。然后，针对刚体子系统设计了基于监测机制的全局有限时间控制方法，当飞行状态在智能工作域时构建有限时间复合学习策略，当偏离智能工作域时构建有限时间鲁棒控制策略，针对弹性子系统设计了有限时间滑模控制方法。本发明实现了系统自适应动态调整和鲁棒跟踪，保证了弹性模态的快速稳定收敛，对弹性体飞行器安全可靠飞行具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种飞行器控制方法，特别是涉及一种基于时标分解的弹性体飞行器全局有限时间控制方法，属于飞行器控制领域。

背景技术

轻质材料的应用和细长机身设计使机体结构固有振动频率降低，飞行器动力学表现出弹性模态，弹性振动易造成机体弯曲振动和气动特性变化，影响系统控制性能和飞行安全。由于天地环境不一致，飞行器在实际飞行过程面临诸多干扰，飞行动力学表现出气动不确定，如何快速有效地对其进行处理是实现可靠飞行的关键。

《基于时标分解的弹性高超声速飞行器智能控制》(许斌,王霞,《航空学报》,2020,41(11):624387.)一文考虑刚弹性模态的不同时标特性，采用奇异摄动理论进行快慢时标分解，将模型转换为刚体子系统和弹性子系统，并分别设计了复合学习控制和滑模控制。该设计忽略了神经网络逼近是否有效的问题，且未实现刚弹模态的有限时间快速稳定收敛，因此难以取得较好的控制性能。

发明内容

要解决的技术问题

针对弹性体飞行器表现出的弹性模态和气动不确定问题，本发明设计了一种基于时标分解的弹性体飞行器全局有限时间控制方法。

技术方案

一种基于时标分解的弹性体飞行器全局有限时间控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：考虑弹性飞行器纵向通道动力学模型

所述的运动学模型由七个状态量和两个控制输入U＝[δ_e,Φ]^T组成；其中，V表示速度，h表示高度，γ表示航迹角，α表示攻角，q表示俯仰角速度，η和表示弹性模态，δ_e表示舵偏角，Φ表示节流阀开度；m、I_yy和g分别表示质量、俯仰轴的转动惯量和重力引起的加速度；ζ、ω和N分别表示弹性模态的阻尼比、自然振动频率和广义力；

力、力矩以及各系数的表达式为

其中，表示动压，S表示气动参考面积，表示平均气动弦长，z_T表示推力力矩臂，和均表示气动参数；

步骤2：定义高度跟踪误差为e_h＝h-h_d，设计航迹角指令γ_d为

式中，h_d表示高度参考指令，表示高度参考指令的一阶微分，k_h0和k_i0为设计参数；

根据时标分离，将速度看作慢动态，设计航迹角指令的一阶微分为

式中，表示高度参考指令的二阶微分；