[发明专利]基于姿态解耦的宽域飞行自抗扰控制方法

说明书

本发明涉及一种基于姿态解耦的宽域飞行自抗扰控制方法，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。考虑存在不确定性和风干扰的宽域飞行姿态模型，利用通道解耦和模态划分得到二阶姿态切换系统，直接设计多模态非线性切换控制器；使用扩张状态观测器估计包含系统不确定性、内部干扰、解耦函数和外界时变干扰的集总扰动；基于扩张状态观测器设计自抗扰切换控制器，保证多模态控制器对不确定性和外界时变扰动的有效估计；本发明结合宽域飞行多模态过程特点，通过设计宽域飞行自抗扰切换控制有效提升了控制器鲁棒性，实现多模态的有效切换，保证了飞行安全性，适用于工程应用。

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姿态解耦的宽域飞行自抗扰控制方法。

背景技术

随着航空航天技术的快速发展，尤其是吸气式组合发动机技术的不断成熟，飞行器可以从地面水平起飞进行穿梭于稠密大气、临近空间的跨域飞行。飞行器在宽域飞行过程中可达高超声速，应用前景十分广泛，在商业上可以实现洲际载客航空、跨洋快速运输和太空旅行，军事上可实现全球快速打击。

宽域飞行过程中飞行器速域历经亚声速、超声速和高超声速，空域历经对流层、平流层和中间层，飞行环境复杂多变，发动机发生动力模态转换，整体存在多模态特性，需要设计切换控制器以应对不同模态下飞行器需求和模态的顺利转换。飞行系统自身存在强不确定性且宽域飞行过程易受到风干扰影响，严重威胁飞行安全，因此需要在切换控制中考虑不确定性和外界扰动影响。现有控制方法多把不确定性和扰动当作集总不确定，采用神经网络等智能系统或扰动观测器进行估计补偿，这些控制方法较为复杂，对计算资源和迭代速度要求较高，在工程上可行性不强。因此研究面向可靠性增强的切换控制方法对于大包络稳定飞行研究具有重要的工程意义和技术需求。

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，本发明提供一种基于姿态解耦的宽域飞行自抗扰控制方法。

技术方案

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；