[发明专利]基于模糊控制的飞行器俯仰通道姿态指令快速跟踪方法

说明书

本发明公开了基于模糊控制的飞行器俯仰通道姿态指令快速跟踪方法，先测量飞行器俯仰姿态角、俯仰角速度和俯仰角误差；采用俯仰角误差信号，设计非线性立方微积分滑模面s；针对非线性立方微积分滑模面s，构造变结构控制律δ_z1；构造模糊系统，建立控制律增益k₂的模糊调整规则；构造模糊系统，建立纯模糊控制律δ_z2；得到最终的总控制律δ_z，最后进行控制器参数调节，使系统具有合适的动态特性，实现对给定姿态信号的快速跟踪，使得系统上升时间小于0.05s，保证了超声速飞行器俯仰通道姿态控制的高品质。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术领域，涉及一种基于模糊控制的飞行器俯仰通道姿态指令快速跟踪方法。

背景技术

飞行器俯仰通道控制技术是飞行器控制系统设计的核心，主要原因是在于按照三通道设计理论，偏航通道一般由于对称性，可以按照和俯仰通道采用相似的控制方案，而滚转通道一般可以按照PID控制方法保持器稳定即可。而姿态控制是目前飞行器俯仰通道控制中所采用的主流技术，主要通过对姿态角信号进行测量并与姿态角指令信号进行比较形成误差，最终消除误差而达到对给定姿态角信号进行跟踪的控制目的。

早期的飞行器，如导弹、飞机、火箭，航天器等等，绝大多数均采用PID控制策略。主要是由于PID控制具有良好的普适性，而且算法成熟可靠性高，因此广受工程设计者的喜爱。但随着飞行器速度的增加，PID控制有时出现过于保守而导致快速性不足的问题，难以满足高速飞行器高机动性的要求。因此尽管PID控制仍然是主流首先的方法，但目前不断有新的非线性控制方法并应用于飞行器的工程控制。

滑模控制就是近年来工程应用发展较快的非线性控制方法之一。而模糊控制由于其具有良好的智能特性，能够借鉴与利用人工经验，在很多工程被控对象中都得到了很好的应用。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供基于模糊控制的飞行器俯仰通道姿态指令快速跟踪方法，实现对给定姿态信号的快速跟踪，使得系统上升时间小于0.05s，保证了超声速飞行器俯仰通道姿态控制的高品质，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于模糊控制的飞行器俯仰通道姿态指令快速跟踪方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤1，测量飞行器俯仰姿态角、俯仰角速度和俯仰角误差；

步骤2，采用俯仰角误差信号，设计非线性立方微积分滑模面s；

步骤3，针对非线性立方微积分滑模面s，构造变结构控制律δ_z1；

步骤4，构造模糊系统，建立控制律增益k₂的模糊调整规则；

步骤5，构造模糊系统，建立纯模糊控制律δ_z2；

步骤6，将纯模糊控制律与变结构控制律δ_z1进行复合，得到最终的总控制律δ_z：δ_z＝δ_z1+δ_z2；最后进行控制器参数调节，使系统具有合适的动态特性；

步骤7，飞行器俯仰通道姿态控制系统的建模与数字仿真模拟；

步骤8，将步骤1-6得到的结果，让输入步骤7所建立的超声速飞行器俯仰通道姿态控制简化模型，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，确定最终的基于模糊控制的飞行器俯仰姿态跟踪控制器参数，使得整个飞行器俯仰通道姿态控制器具有令人满意的稳定性与响应速度。