[发明专利]基于模糊变结构的超声速飞行器过载指令快速跟踪方法

摘要

本发明公开了基于模糊变结构的超声速飞行器过载指令快速跟踪方法，测量飞行器纵向过载误差、俯仰角速度与俯仰角加速度；采用纵向过载误差信号，设计过载、角加速度与角速度混合的滑模面信号s；针对滑模面信号s构造非线性滑模控制量δ_z；构造模糊系统，建立控制律增益与参数的模糊调整规则；飞行器俯仰通道过载控制的建模与数字仿真模拟；确定最终的基于模糊变结构的超声速飞行器过载指令跟踪控制器参数，使得整个飞行器俯仰通道过载控制器具有满意的稳定性与响应速度。

主权项

1.基于模糊变结构的超声速飞行器过载指令快速跟踪方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1，测量飞行器纵向过载误差、俯仰角速度与俯仰角加速度；步骤2，采用纵向过载误差信号，设计过载、角加速度与角速度混合的滑模面信号s；步骤3，针对滑模面信号s构造非线性滑模控制量δ_z；步骤4，构造模糊系统，建立控制律增益与参数的模糊调整规则；首先，以e为模糊系统的输入，滑模控制中增益k₂为模糊系统的输出，建立输入输出变量的隶属度函数，用如下数学表达式描述：选取d₁＝3，认为过载误差e属于‘PB’即‘正大’的范围，其隶属概率函数p₅为认为误差e属于‘PM’即‘正中’的范围，其隶属概率函数p₄为认为误差e属于‘ZO’即‘几乎为零’的范围，其隶属概率函数p₃为认为误差e属于‘NM’即‘负中’的范围，其隶属概率函数p₂为认为误差e属于‘NB’即‘负大’的范围，其隶属概率函数p₁为系统输入输出的模糊集分别定义如下：e＝{NB NM ZO PM PB}dk₂＝{NB NM ZO PM PB}其中，NB为误差“负大”的范围，NM为误差“负中”的范围，ZO为误差“几乎为零”的范围，PM为误差“正中”的范围，PB为过载误差“正大”的范围，dk₂为增益k₂的变化量；其次，建立模糊调整的基本原则为：|e|越大，则飞行器控制量u应当越大，从而dk₂也应当越大；设计模糊规则库如下：R1：IF eis PB Then dk₂is PBR2：IF eis PM Then dk₂is PMR3：IF eis ZO Then dk₂is ZOR4：IF eis NM Then dk₂is PMR5：IF eis NB Then dk₂is PB并设计规则矩阵如下：rulelist＝[5 5 1 1；4 4 1 1；3 3 1 1；2 4 1 1；1 5 1 1]；最后，采用Matlab软件的newfis('smc_fz_2')函数生成模糊系统，再采用addrule函数将上述规则矩阵加入模糊系统，然后利用函数a1＝setfis(a1,'DefuzzMethod','centroid')设置采用centroid方法反模糊化，使用evalfis(abs(e),a1)函数，反解模糊滑模控制的增益调节规律，得到dk₂；k₂＝k₂₀+dk₂其中，k₂₀为增益k₂的初始值；采用同一模糊系统，对参数c₁进行调节，调节规律如下c₁＝c₁₀+0.05*dk₂其中，c₁₀的含义是参数c₁的初始值；采用如下Matlab程序实现c₁的调节：c₁＝c₁₀+0.05*evalfis(abs(e),a1)；步骤5，飞行器俯仰通道过载控制的建模与数字仿真模拟；步骤6，将步骤1‑4所得到的结果，输入步骤5建立的超声速飞行器俯仰通道简化模型，通过选取合适的滑模面参数、模糊系统参数、控制增益参数，并观察输出曲线，从而确定最终的基于模糊变结构的超声速飞行器过载指令跟踪控制器参数，使得整个飞行器俯仰通道过载控制器具有满意的稳定性与响应速度。