[发明专利]基于参数辨识的分离控制器

说明书

本发明提出一种基于参数辨识的分离控制器，包括反馈控制器，指令生成器和状态观测器组；指令生成器根据基于等俯仰角速度指令设计的攻角指令剖面生成攻角指令并输入反馈控制器；状态观测器组包括第一状态观测器和第二状态观测器，用于对被控对象进行观测并输入指令生成器，第一状态观测器还将其观测结果作为反馈控制器的输入；在控制过程中，第一状态观测器和第二状态观测器辨识出被控对象所处的稳定零控平衡态；指令生成器确定出该平衡态到达的初始时刻，在该时刻之后，将生成的攻角控制指令切换到平衡态攻角控制指令处。本发明的控制器有效实现对飞行器稳定平衡态的辨识及稳定控制，避免了现有辨识方法出现的算法不收敛和实时性差的问题。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，具体涉及一种基于参数辨识的分离控制器。

背景技术

现有高超声速飞行器多采用助推+巡航两级飞行方式。助推级目的是将载荷送入预定的转级窗口，为了节约重量和能量，多不采用反推装置，故为成功实现级间分离，必须在推力推尾后期发出分离指令。同时，对于助推过程中仅通过推力矢量实现姿态稳定控制的飞行器，面临推力拖尾后期控制能力不足、不确定大的问题，必须选择静稳定且无控状态下力矩为零的平衡状态，才能实现稳定控制。受到气动模型、质量质心属性和推力模型不确定性影响，该平衡状态无法预先精确预知，只能通过在线辨识的方法获取，因此，如何合理设计辨识和控制策略，成为影响飞行成败的关键因素之一。

目前常用的辨识方法包括最小二乘方法，卡尔曼滤波方法和神经网络方法等。这些方法普遍的缺点是算法复杂，计算资源需求量大，并且在实际应用过程中往往收敛性难以保证，一般适用于缓慢变化的工业过程，对于飞行器控制系统来说，难以真正应用。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于提出一种基于参数辨识的分离控制器，该基于参数辨识的分离控制器，能够解决现有技术通过推力矢量实现姿态稳定控制的飞行器所面临推力拖尾后期控制能力不足、不确定大的技术问题，以及现有辨识方法由于其本身算法复杂、计算资源需求量大、收敛性难以保证的原因难以应用到飞行器稳定控制中的技术问题。

本发明的技术解决方案：

本发明提供一种基于参数辨识的分离控制器，包括：反馈控制器，用于输出控制量以对被控对象进行控制；指令生成器，用于根据基于等俯仰角速度指令设计的攻角指令剖面生成攻角指令，并将攻角指令作为反馈控制器的输入；状态观测器组，包括第一状态观测器和第二状态观测器，第一状态观测器和第二状态观测器用于对被控对象所处的状态进行观测并将观测结果作为指令生成器的输入，以及第一状态观测器还将其观测结果作为反馈控制器的输入；在控制过程中，第一状态观测器和第二状态观测器辨识出被控对象所处的稳定零控平衡态；指令生成器根据第一状态观测器和第二状态观测器输入的稳定的零控平衡态所对应的观测结果确定出稳定零控平衡态到达的初始时刻t1，并且在该时刻之后，指令生成器将生成的攻角指令切换到t1时刻所对应的攻角指令处。

进一步地，被控对象为下式所建立的模型：

其中：v为速度，T为推力，ω_z为俯仰角速度，α为攻角，θ为轨迹倾角，L为升力，M_z为俯仰力矩，J_z为转动惯量，m为质量，g为重力加速度度，δ_z为升降舵偏，表示α对时间的导数，表示ω_z对时间的导数。

进一步地，所述攻角指令剖面按下式进行设计：