[发明专利]一种基于跟踪微分与柔化函数的飞行器攻角跟踪控制方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于跟踪微分与柔化函数的飞行器攻角跟踪控制方法，测量飞行器攻角与俯仰角速率；设计基于柔化函数与有限时间收敛的俯仰角速率期望值；构建非线性跟踪微分器；设计基于柔化函数与有限时间收敛的飞行器俯仰通道舵偏控制律，实现飞行器俯仰通道攻角跟踪攻角指令。本发明的有益效果是避免常规反演设计产生的微分爆炸问题，加快了攻角响应的速率。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术领域，涉及一种基于跟踪微分与柔化函数技术来求取期望信号微分并实现飞行器俯仰通道攻角跟踪控制的技术。

背景技术

反演控制技术在今年来已经广泛应用于飞行器控制理论的研究，但工程实际中很多工程师考虑其层层求导导致的微分爆炸，使得控制律非常繁琐，而且由于模型的不确定性，也导致层层求导后，未知项难以处理，因此其在工程中应用并不深入。本发明提出了一类采用基于柔化函数与有限时间收敛的跟踪微分器，其可以避免对期望信号的求导导致的复杂性，同时有限时间收敛函数又能加快跟踪微分器的收敛速度。柔化函数技术最早被用于变结构控制中，其被用于消除滑模控制带来的颤振。而本发明将柔化函数与反演控制律结合起来，起到了增加系统阻尼的作用，使得系统响应比较平稳，同时又有很好的鲁棒性。因此，本文提出的基于跟踪微分器与柔化函数的俯仰通道攻角跟踪控制方法，不仅具有较好的理论创新性，而且有很好的工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于跟踪微分与柔化函数的飞行器攻角跟踪控制方法，本发明的有益效果是避免常规反演设计产生的微分爆炸问题，加快了攻角响应的速率。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一：测量飞行器攻角与俯仰角速率；

采用攻角传感器，安装于发动机进气口附近，测量飞行器的攻角,也可采用姿态陀螺测量飞行器姿态角，然后采用软件算法来近似估算攻角,记为α。采用速率陀螺仪或者惯导系统，安装于飞行器纵轴上，测量飞行器俯仰角速率，记为ω_z。

步骤二：设计基于柔化函数与有限时间收敛的俯仰角速率期望值；

根据步骤一得到的攻角α，与飞行器飞行阶段指令给出的攻角期望值α^d相减，得到攻角误差信号e_α，即e_α＝α-α^d；

基于柔化函数与有限时间收敛的俯仰角速率期望值的反演控制律如下：

其中攻角指令信号的微分飞行器俯仰通道模型的标称值a₃₄、a₃₅；

f_ω1(e_α)为有限时间收敛项，定义如下：

f_ω2(e_α)为柔化函数项，定义如下：

f_ω3(e_α)为有界函数，定义如下：

其中e表示指数函数，k_α1、k_α2、k_α3、k_α4、k_α5为控制增益，设计为正常数，主要用于控制系统响应速度。ε_a1为柔化常数，设计为小的正常数，主要用于减弱系统的震荡，ε_a为时间常数，主要用于控制系统误差收敛的速度。

步骤三：构建非线性跟踪微分器

构造如下非线性跟踪微分器