[发明专利]基于姿态解耦的宽域飞行自抗扰控制方法

权利要求书

1.一种基于姿态解耦的宽域飞行自抗扰控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：考虑一类带有外部扰动的宽域爬升飞行器姿态模型

其中，三通道姿态角Θ＝[θ,ψ,φ]^T和姿态角速度w＝[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_θ和F_ω是未知平滑函数，J是转动惯量函数；U_M＝[M_x,M_y,M_z]^T是气动力矩向量，M_x，M_y和M_z分别是滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩；d_ω＝[d_x,d_y,d_z]^T是外部时变扰动向量；

通过对气动力矩系数进行线性化处理，把(1)中第二个方程转化为

其中，f_i,i＝x,y,z是未知平滑函数，g_i是已知平滑函数，δ_i是三通道舵偏，m_i是系统内部扰动；

把(1)中第一个方程进行以下转化

其中，h_i,i＝x,y,z是通道耦合函数；

进一步把(3)求导，并把(2)带入可得

定义状态为ζ＝[ζ_z,ζ_y,ζ_x]^T＝[θ,ψ,φ]^T，i＝z,y,x，依据动力模态转换将飞行器姿态模型描述为如下非线性切换系统

其中，u_i,σ(t)＝[δ_z,σ(t),δ_y,σ(t),δ_x,σ(t)]^T是控制输入，y是系统输出；函数σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,...,m}是切换信号，m等于划分的模态个数，且σ(t)＝l时表示第l个子系统是激活的；

步骤2：当σ(t)＝l时，姿态控制器设计过程如下

定义跟踪指令y_d＝[y_dz,y_dy,y_dx]^T＝[θ_d,ψ_d,φ_d]^T，令i＝z,y,x；则跟踪误差为

e_i＝ζ_i-y_di                         (6)

状态ζ_i的二阶导数可写为

其中，为集总扰动；

针对复合扰动，设计降阶的扩张状态观测器为

其中，z_i1为姿态角速度的估计值，z_i2为集总扰动D_i,l的估计值，ω₀为观测器带宽；

控制器设计为

其中，k_pi,l和k_di,l是正的设计参数；

由于控制增益函数g_i,l存在误差，可采用一个控制设计参数K_i,l来代替，故最终控制器为

步骤3：根据步骤2中得到的控制量u_i,l，返回到系统姿态模型(5)，对系统输出y进行跟踪控制。

2.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。