[发明专利]一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略

摘要

本发明公开了一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略，根据初始远距离，设置减速开始距离与悬停开始距离；测量飞艇实时飞行位置，并与目标悬停位置进行比较，并作出控制模式选择判断；设定飞艇匀速飞行的期望速度为ud，测量飞艇的实际前向飞行速度为u，则速度误差记为eu，进行匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律设计；选定悬停开始段的期望速度，进行减速段控制；测量飞艇的位置信息、前向速度信息，进行小距离的精确定点悬停控制；建立飞艇俯仰通道模型，通过仿真来调选控制参数。发明的有益效果是提高了远距离情况下末段定点悬停的动态与稳态性能。

主权项

一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略，其特征在于按照以下步骤进行：步骤一：根据初始远距离，设置减速开始距离与悬停开始距离；假设初始时刻飞艇距离目标定点悬停位置为d0，则设定减速开始距离为l，设定悬停开始距离为m；步骤二：测量飞艇实时飞行位置，并与目标悬停位置进行比较，并作出控制模式选择判断；测量飞艇的实时飞行位置，记为x，而期望的远距离定点悬停位置记为xd，则两种之间的距离记为d＝|x‑xd|；如果l＜d＜d0，则进入第一段匀速飞行控制段；如果m＜d≤l，则进入第二段减速飞行控制段；如果0＜d≤m，则进入第三段定点悬停控制段；步骤三：设定飞艇匀速飞行的期望速度为ud，测量飞艇的实际前向飞行速度为u，则速度误差记为eu，进行匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律设计；步骤四：速度控制；选定悬停开始段的期望速度，进行减速段控制；首先记录减速段开始的时间，记为t1；其次设定悬停开始段的期望速度为udb，然后设定减速持续时间为ta，按照如下公式选取：ta＝2(l‑m)/(uda+udb)最后设定期望速度vd＝uda‑(uda‑udb)(t‑t1)/ta，并以该速度为期望速度，输入给步骤三设计的匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律；步骤五：位置控制；测量飞艇的位置信息、前向速度信息，进行小距离的精确定点悬停控制；u2=-ka1ex-ka2∫exdt-ka3e·x-ka4exex2/3+ϵ]]>其中u2表示前向飞行的发动机输入参数，以控制飞艇的前向运动动力，ex＝x‑xd，其中x为惯性导航器件测量所得的飞艇实时位置，而xd为飞艇的期望定点悬停位置，其中u为飞艇前向飞行速度，其可由惯性导航器件测量而得，∫exdt为误差的积分，可有位置误差信号经过艇上计算机积分而得到，ka1、ka2、ka3、ε为正的控制参数；步骤六：建立飞艇俯仰通道模型，通过仿真来调选控制参数；u·w·q·θ·x·z·=a11f1+a13f3a22f2a31f1+a33f3f4f5f6+a11u2+a13kg2u1a22kg1u1a31u2+a33kg2u1000]]>其中f1f2f3f4f5f6=-(m+m33)wq+Q[CX1cos2+α+CX2sin(2α)sin(α/2)](m+m11)qu+mazq2+Q[Cz1cos(α/2)sin(2α)+Cz2sin(2α)+Cz3sin(α)sin(|α|)]Q[CM1cos(α/2)sin(2α)+CM2sin(2α)+CM3sin(α)sin(|α|)]-azwsinθqucosθ+wsinθ-usinθ+wcosθ]]>而a11,a13,a22,a31,a33由计算M矩阵的逆阵而获得，即满足M矩阵由飞艇的质量与转动惯量所决定，其求取方法如下：I3为3阶单位矩阵；其中m为飞艇的质量，az为常量，m11、m33、m55由飞艇质量分布与转动惯量所决定：m11＝km1Mr，m33＝km2Mr，m55＝km3Iy，其中km1＝0.1053；km2＝0.8260；km3＝0.1256；Mr＝ρV，其中ρ为大气密度，V为飞艇的体积；Q为动压头，其计算方法为Q＝0.5ρVf2；Vf为飞艇的运动速度；为飞艇的前向飞行加速度；u为艇体坐标系中飞艇的前向飞行速度；为飞艇的垂向飞行加速度；w为艇体坐标系中飞艇的垂向飞行速度；为飞艇的俯仰角加速度；q为飞艇的俯仰角速度；为飞艇的俯仰角速度，θ为飞艇的俯仰角；为发射坐标系中飞艇的前向飞行速度；x为飞艇的前向飞行距离；为发射坐标系中飞艇的垂向飞行速度；z为飞艇的飞行高度；kg1与kg2为舵效常数；CX1、CX2、Cz1、Cz2与Cz3为飞艇受力相关的空气动力系数，CM1、CM2、CM1为飞艇受力矩相关的空气动力系数。