[发明专利]一种平流层飞艇的制导控制一体化及控制分配方法

权利要求书

1.一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，其特征如下：可以分解为基于一体化设计方法的上层控制律设计和下层控制分配算法设计两部分；

具体步骤如下：

步骤一建立平流层飞艇数学模型：动力学模型和运动学模型；

步骤二给定期望平面路径；计算位置跟踪误差；设计控制律；

步骤三给定期望速度跟踪值；计算速度误差；设计速度控制律；

步骤四给定期望俯仰角；计算俯仰角跟踪误差；设计俯仰姿态控制律；

步骤五给定期望滚转角；计算滚转角跟踪误差；设计滚转姿态控制律；

步骤六给定期望高度；计算高度跟踪误差；设计高度控制律；

步骤七综合求解步骤二至步骤六，求得系统上层控制律；

步骤八建立下层控制分配的优化准则；

步骤九确定权重矩阵；

步骤十求解控制分配的方程组，输出各执行器的实际控制量。

2.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，其特征如下：

其中，在步骤一中所述的平流层运动学方程和动力学方程，求解方法如下：

1)如图2所示，以自治飞艇浮心为原点建立艇体坐标系；以地面上任一点为原点建立惯性坐标系，其中原点为地面任意一点，指向北，指向东，指向地心；

2)平流层飞艇运动学方程表示如下：

其中，，均为状态方程的状态向量；其中为飞艇质心在地面坐标系下的位置坐标，分别为滚转角，俯仰角和偏航角；为艇体坐标系下原点的速度矢量在艇体坐标系下的投影，为艇体坐标系下飞艇角速度矢量在艇体坐标系下的投影；是非线性动态函数；

3）平流层飞艇动力学方程表示如下：

其中，是关于变量的非线性动态函数，是非线性控制分配函数；为平流层飞艇控制输入量矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，其特征如下：

其中，在步骤二中所述的给定期望平面路径，设计平面路径控制律方法如下：

1）给定期望平面路径；

2）设计控制律使得点在期望几何路径上，取平流层飞艇体系下一点，对位置跟踪误差求导得：，方程中不包含控制量；

继续对误差求二阶导可得到系数不为0的控制量；

3）因此系统相对阶为2，则设计控制律满足，由Hurwitz判据可知平面位置跟踪误差；

4）求解上述方程可求得：

。

4.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，其特征如下：

其中，在步骤三中所述的给定期望速度，设计速度控制律计算方法如下：

1)期望速度为，则速度误差为；

2)对速度误差求一阶导数，即可得到系数不为0的控制量；

3)系统相对阶为1，则设计控制律使得，由Hurwitz判据可知平面位置跟踪误差；

4)求解上述方程可得：

。

5.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，其特征如下：

其中，在步骤四中所述的给定期望俯仰角，设计俯仰角控制律方法如下：

1)期望俯仰角，俯仰角跟踪误差为；

2)对俯仰角跟踪误差求一阶导数，方程中不包含控制量；系统相对阶为2，则继续对误差求二阶导数可得到系数不为0的控制量，则设计控制律满足

；

3)求解上述方程可得：

。

6.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，其特征如下：

其中在步骤五中所述的给定期望滚转角，设计滚转角控制律

1)期望滚转角，滚转角跟踪误差为；

2)对滚转角跟踪误差求一阶导数，方程中不包含控制量；

系统相对阶为2，则继续对误差求二阶导数可得到系数不为0的控制量，则设计控制律满足；

3)求解方程可得：

。