[发明专利]一种非线性飞行器航迹控制方法

权利要求书

1.一种非线性飞行器航迹控制方法，其特征在于：所述方法涉及的装置包括：航迹指令生成器、外环航迹控制器、内环姿态控制器、传感器与飞行器平台；所述的航迹指令生成器发送航迹指令信号至外环航迹控制器；外环航迹控制器接收航迹指令与传感器测量的飞行器位置、速度、航迹倾角、航迹方位角信号，计算并分别发送发动机油门指令信号至飞行器平台和迎角指令、侧滑角指令与绕速度矢滚转角指令信号至内环姿态控制器；内环姿态控制器接收迎角指令、侧滑角指令、绕速度矢滚转角指令信号与传感器测量的飞行器迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角、角速度信号，计算并发送舵面偏转指令至飞行器平台；传感器测量获得飞行器速度、航迹倾角、航迹方位角、迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角、角速度信号并反馈至外环航迹控制器和内环姿态控制器；飞行器接收舵偏控制指令完成相应的舵偏动作、接受油门控制指令实现相应推力；

所述控制方法包括以下步骤：

a.航迹指令生成器输入航迹指令信号[x_r(t) y_r(t) h_r(t)]^T至外环航迹控制器，指令值为时间t的函数；

其中，x_r、y_r与h_r分别为地面坐标系下的横坐标指令、纵坐标指令与高度指令，上标“T”代表矢量转置；

b.外环航迹控制器通过传感器得到当前时刻t飞行器的位置[x y h]^T、速度幅值V、航迹方位角χ、航迹倾角γ，根据设定的航迹指令[x_r(t) y_r(t) h_r(t)]^T，按下述步骤计算控制指令[α_c β_c μ_c η_c]^T，将指令[α_c β_c μ_c]^T发送至内环姿态控制器、将指令η_c发送至飞行器；

其中，α_c为迎角指令，β_c为侧滑角指令，μ_c为绕速度矢滚转角指令，η_c为发动机油门指令；

b1.设置侧滑角指令为β_c＝0；

b2.对飞行器位置微分方程求导，令

其中，m为飞行器质量，T_max为发动机最大推力，为阻力，为升力，ρ为大气密度，C_D与C_L分别为阻力系数与升力系数，g为重力加速度；

计算h对u＝[α μ η]^T的导数矩阵与h对x＝[x y h V χ γ]^T的导数矩阵其中，

b3.计算期望的闭环动力学特性为：

其中，ω_x、ω_y、ω_h为频率参数，ξ_x、ξ_y、ξ_h为阻尼参数；

b4.基于状态方程计算导数基于期望的动态响应方程计算导数为：

b5.计算实现对指令航迹[x_r(t) y_r(t) h_r(t)]^T跟踪的动态反馈控制律为：

其中K、u₀＝[α₀ μ₀ η₀]^T是控制律参数；

c.内环姿态控制器通过传感器得到当前时刻t飞行器的迎角α、侧滑角β、绕速度矢滚转角μ与三轴角速度[p q r]^T信号，根据外环航迹控制器给出的指令信号[α_c β_c μ_c]^T，采用内环姿态控制律计算舵偏指令δ_c，并将舵偏指令信号发送至飞行器；

d.飞行器接收并实现外环航迹控制器给出的油门指令η_c与内环姿态控制器给出的舵偏指令δ_c；

e.回到步骤a，不断生成新的控制指令η_c、δ_c实现对航迹指令[x_r(t) y_r(t) h_r(t)]^T的跟踪。