[发明专利]一种高海况有限舵面条件下串行干扰快速抑制方法

说明书

本发明针对高海况水面垂直发射无人机系统在高海况条件下舵面、翼面和螺旋桨顺序展开过程中的扰动快速抑制问题，提出一种高海况有限舵面条件下串行干扰快速抑制方法，首先建立高海况水面垂直发射无人机有限舵面条件下的舵面、翼面和螺旋桨干扰模型，其次基于自抗扰控制，采用“扰动观测+补偿”的开放式设计框架，设计无人机非线性切换子系统主动抗扰动控制器，实现对无人机的抗扰动控制，通过与经典PID控制仿真对比，误差有明显降低，验证了本发明所提控制方法的有效性和准确性。

技术领域

本发明涉及高海况无人机控制领域，具体涉及一种高海况有限舵面条件下串行干扰快速抑制方法。

背景技术

高海况漂浮态无人机可广泛用于完成复杂海况条件下目标海域通讯中继、探测、侦察及攻击任务，是一种适合于信息化、网络化作战的新概念无人飞行器。

高海况漂浮态无人机作为一种微型无人飞行器，是典型的侦察作战辅助平台。由于其主要是利用水面长期漂浮的发射平台驻留，采用折叠方式筒式垂直冷发射技术，动力采用电动螺旋桨动力形式，具备长时间滞空飞行，具有提前布控、低可探测、无依托装置、随机选择发射时机、携带和贮存方便等特点。

高海况水面垂直发射无人机控制技术是无人机关键技术之一，主要用于解决在发射平台沉浮和晃动条件下无人机快速有效的出筒，舵面和翼面离开发射筒后脱离筒壁约束，自动展开，稳定控制系统启控，在无人机姿态达到稳定后，电动螺旋桨才上电启动工作这个过程中的扰动快速抑制，以及机体快速指向目标区域等问题，从而保证发射过程中机体姿态的稳定和转弯轨迹的精确跟踪。因此，探究高海况条件下舵面、翼面和螺旋桨顺序展开过程中的扰动快速抑制方法具有非常重要的现实意义。

但在实际工程验证过程中，申请人发现高海况无人机的串行干扰快速抑制技术还存在以下问题：1、无人机载舵面、翼面和螺旋桨展开过程中系统模型具有高度的非线性和不确定性，不满足一般无人机建模时的小扰动、小偏差假设；2、展开过程中，其外形结构与姿态相互交联、相互影响，会产生复杂的变形与姿态动力学耦合效应；3、考虑到螺旋桨启动工作时不可避免带来的滚转反扭矩问题，通常是舵面和翼面先展开，稳定控制系统启动后，螺旋桨才启动工作，因此在干扰建模时存在不同干扰串行顺序作用于无人机上。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种高海况有限舵面条件下串行干扰快速抑制方法，针对高海况条件下的折叠筒式发射无人机从发射到精确跟踪过程下的扰动问题，首先建立高海况水面垂直发射无人机有限舵面条件下的舵面、翼面和螺旋桨干扰模型，其次基于自抗扰控制，采用“扰动观测+补偿”的开放式设计框架，设计无人机非线性切换子系统主动抗扰动控制器，实现对无人机的抗扰动控制，通过与经典PID控制仿真对比，误差有明显降低，验证了本发明所提控制方法的有效性和准确性。

本发明的技术方案为：

一种高海况有限舵面条件下串行干扰快速抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立高海况水面垂直发射无人机系统有限舵面条件下的舵面、翼面和螺旋桨干扰模型；

步骤2：基于步骤1建立的干扰模型，采用自抗扰控制，选择积分串联型为系统的标准型，有限舵面条件下的舵面、翼面和螺旋桨干扰中的总扰动定义为系统的一个扩张的状态，采用扩张状态观测器对扩张状态进行在线估计，并利用该估计值实时抵消扰动。

进一步的，步骤1中建立干扰模型的过程为：

步骤1.1：采用三维设计软件建立高海况有限舵面条件下垂直发射无人机在舵面、翼面和螺旋桨从紧闭到完全展开过程中不同瞬态构型下的三维模型；

步骤1.2：在网格划分软件中对步骤1.1得到的不同瞬态构型下的三维模型进行结构网格划分；

步骤1.3：将网格文件导入至计算流体力学软件中，设置分析计算的初始条件及远场边界条件，计算收敛后，得到高海况有限舵面条件下垂直发射无人机在不同瞬态构型下所受的气动力和力矩矢量；