[发明专利]一种输入饱和的飞艇航迹控制方法

说明书

本发明提供一种输入饱和的飞艇航迹控制方法，针对执行机构具有输入饱和特性的飞艇的航迹控制问题，建立了其空间运动的数学模型；以此模型为受控对象，采用反步控制方法设计了输入饱和航迹控制律，解决了执行机构输入饱和约束下的航迹控制问题。

技术领域

本发明涉及航空飞行自动控制技术领域，具体的涉及一种输入饱和的飞艇航迹控制方法。

背景技术

飞艇是一种依靠轻于空气的气体(如氦气)提供静升力，依靠飞行控制系统实现低速机动和定点驻留的浮空类飞行器，具有留空时间长、能耗低、效费比高等优点，被广泛应用于环境监测、国土测绘、对地观测、侦察监视等领域，具有重要的应用价值和广阔的应用前景，当前已成为航空领域的研究热点。航迹控制是以特定的控制律操控飞艇，使其能够沿预定的航迹飞行。飞艇的飞行力学模型具有非线性、通道耦合、不确定等特点，且浮空类飞行器易受风场扰动影响，因此，航迹控制为飞艇飞行控制的关键之一。已有文献针对飞艇航迹控制问题，提出了鲁棒控制、滑模控制、轨迹线性化控制、智能控制等一系列控制方法。但是，上述控制方法均假定飞艇执行机构能够提供“足够充分的控制力和控制力矩”，而未考虑飞艇执行机构输入饱和问题。因而现有方法无法用于有效解决飞艇执行机构存在输入饱和时的飞艇控制问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输入饱和的飞艇航迹控制方法，该发明解决了现有飞艇控制方法无法在飞艇输入饱和的情况下实现有效控制的技术问题。

为解决上述问题，本发明“一种输入饱和飞艇航迹控制方法”，提出了一种执行机构具有输入饱和特性的飞艇的三维航迹控制方法。本发明针对飞艇的航迹跟踪问题，建立了其空间运动的数学模型；以此模型为受控对象，考虑飞艇执行机构输入饱和特性，采用反步控制方法设计了输入饱和航迹控制律。

本发明所提出的航迹控制结构框图如图1所示。由该方法控制的闭环系统能够稳定跟踪指令航迹，且具有良好的控制精度，为输入饱和飞艇的航迹控制工程实现提供了有效方案。

本发明提供一种输入饱和的飞艇航迹控制方法，包括以下步骤：

步骤S100：设定指令航迹η_d＝[x_d,y_d,z_d,θ_d,ψ_d,φ_d]^T，其中x_d、y_d、z_d、θ_d、ψ_d和φ_d分别为指令x坐标、指令y坐标、指令z坐标、指令俯仰角、指令偏航角和指令滚转角；

步骤S200：误差量计算：计算所述指令航迹与所述飞艇的实际航迹之间的误差量e；

步骤S300：输入饱和航迹控制律设计：选取虚拟控制量，采用反步控制方法设计输入饱和航迹控制律，计算航迹控制量u；

步骤S400：用所得航迹控制量u对所述飞艇进行控制后，判断控制结果是否满足航迹控制误差小于1m，如果满足则控制结束，如果不满足则调整滑模面设计参数c，虚拟控制参数k_i和航迹控制参数ρ_i的取值后，重复步骤S300；

所述步骤S300包括以下步骤：

步骤310：建立所述飞艇的空间运动数学模型