[发明专利]一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法

摘要

本发明公开了一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法，属于无人机导航制导与控制技术领域。将固定翼无人机航迹回路运动模型分解为航迹偏角和航迹倾角运动模型、航迹速度运动模型以及横向位置和垂向位置运动模型，然后分别通过中间虚拟控制量的引入和方程的等效变换，将整个微分方程右端形式上与虚拟控制量线性无关的项视作总干扰，以获得航迹回路运动模型的仿射非线性形式，通过基于线性扩张状态观测器的观测补偿技术实现对各航迹运动状态和模型总扰动的估计，并在控制器时予以补偿。本发明方法实现模型仿射化处理，处理过程物理意义明确，参数整定方便，易于工程实现。

主权项

1.一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、设定大气中各种变化的风场，将各种变化的风场矢量合成后作为固定翼无人机质心的风场，并将固定翼无人机质心的风场分解为惯性系下三轴风速度分量V_W＝[u_w v_w w_w]^T，V_W为惯性系下风速度向量，u_w、v_w和w_w分别为惯性系下沿纵、横、垂三个方向的风速度分量；获得航迹速度在惯性系下的三轴分量V_K＝[u_k v_k w_k]^T，V_K为惯性系下航迹速度向量，u_k、v_k和w_k为惯性系下沿纵、横、垂三个方向的航迹速度分量；步骤二、在固定翼无人机六自由度刚体运动模型的基础上，建立反映变化风场影响的固定翼无人机航迹回路运动模型，所述固定翼无人机航迹回路运动模型包括航迹偏角χ和航迹倾角γ运动模型、航迹速度V_k运动模型以及横向位置y和垂向位置z运动模型；步骤三、依次针对气流角及航迹滚转角μ，定义中间变量υ₁和υ₂；步骤四、将步骤三定义的中间变量υ₁和υ₂作为姿态回路控制器的虚拟控制量，将步骤二建立的航迹偏角χ和航迹倾角γ运动模型，变化成面向控制设计的仿射非线性模型形式；步骤五、将步骤二建立的航迹速度V_k运动模型，变化成面向控制设计的关于控制量油门开度δ_T的仿射非线性模型形式；步骤六、选取航迹角向量[χ γ]^T作为姿态回路控制器的虚拟控制量，将步骤二建立的横向位置y和垂向位置z运动模型，变化成面向控制设计的仿射非线性模型形式；步骤七、针对分别得到的三种运动模型的仿射非线性模型形式，将形式上与虚拟控制量线性无关的F_i,i＝1,2视为模型总干扰，采用线性扩张状态观测器对仿射非线性模型状态及总干扰进行估计，并在航迹回路控制器设计时予以补偿。