[发明专利]一种基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法

摘要

一种基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法，步骤如下(一)给定期望跟踪值期望姿态角θd,φd,ψd；期望速度ud,vd,wd；(二)姿态角跟踪误差计算期望姿态角与实际姿态角的误差θe,φe,ψe；期望角速度qd,pd,rd；(三)H∞抗扰动控制器设计计算反馈增益Kc；(四)计算消除期望姿态角与实际姿态角误差的无限制控制量；(五)给定控制量限位计算消除期望姿态角与实际姿态角误差的饱和控制量sat(μ)；(六)模型修复抗饱和控制补偿器设计计算修正控制量及状态量反馈项vaw和yaw；(七)计算经修正的H∞控制器输入μc,aw和输出yc,aw；最终将控制量用于平流层飞艇非线性模型。该方法能够抑制外界扰动影响、抗执行机构饱和，跟踪任意期望姿态，保证闭环系统渐近稳定，简化计算过程。

主权项

一种基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法，其特征在于：所述基于H∞和模型修复抗饱和的平流层飞艇姿态控制方法包括如下步骤：步骤一给定期望跟踪值：给定期望姿态角Υd＝[θd,φd,ψd]T，θ,φ,ψ分别表示飞艇的俯仰角、滚转角及偏航角；给定期望速度Vd＝[ud,vd,wd]T，ud,vd,wd为期望速度沿艇体坐标系的分解量；步骤二姿态角跟踪误差计算：计算期望姿态角与实际姿态角之间的误差Υe＝[θe,φe,ψe]T；步骤三H∞控制器设计：计算反馈增益Kc；其中，所述的反馈增益Kc的计算方法如下：1)给出线性化平流层飞艇状态方程存在外界扰动的线性化平流层飞艇状态方程形式为其中A,B1,B2,C1,C2,D11,D12,D21,D22为过程参数，x＝[u,v,w,p,q,r]T为状态量，μ为输入量，w0扰动量，y为观测输出，z为可控输出；xd＝[ud,vd,wd,pd,qd,rd]T为期望状态量，p,q,r分别表示姿态角速度沿艇体坐标系的分解量，yd＝C2xd+D21w0+D22μ为期望观测输出；2)设计H∞控制器，计算反馈增益Kc；反馈增益Kc的计算方法如下：给定正数γc＞0，定义矩阵P＝PT＞0，并求解如下矩阵Riccati方程：ATP+PA+P(γc-2B1B1T-B2B2T)P+C1TC1=0;]]>从而得到Kc=-B2TP;]]>需要指出的是，H∞控制器输入量μc为：μc＝y‑yd；步骤四计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差所需的无限控制量，即H∞控制器输出量yc；步骤五饱和非线性环节给定控制量限位：计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差所需的饱和控制量sat(μ)；步骤六模型修复抗饱和控制补偿器涉及计算修正控制量的反馈项vaw和修正状态量的反馈项yaw；步骤七计算经抗饱和控制补偿器修正后的H∞控制器输入μc,aw和H∞控制器输出yc,aw。