[发明专利]一种针对变体无人机的复合分层抗干扰控制方法

说明书

本发明公开了一种针对变体无人机的复合分层抗干扰控制方法，该方法以变展长变后掠翼无人机为研究对象，首先对变体无人机非线性模型进行雅克比线性化；其次，同时考虑外部阵风干扰和参数摄动带来的等效干扰，建立含多类干扰的变体无人机多胞LPV系统模型；然后，针对常值和慢变干扰，设计满足H_∞性能指标的干扰观测器进行补偿，对无法表征其动态特性，但L₂范数有界的干扰，设计H_∞控制律对闭环传递函数进行优化，实现对有界干扰的抑制；最后，将干扰观测器与H_∞控制律相结合，构造复合分层抗干扰控制器；本发明优点在于提出了一种针对变体无人机的多类干扰分类处理的方法，该方法能扩展到系统模型比较复杂的其它运动体的复合分层抗干扰控制问题。

技术领域

本发明涉及一种变体无人机的复合分层抗干扰控制方法，该方法针对系统非线性模型过于复杂，对控制器的求解面临较大困难时，通过LPV系统转化，考虑该系统在面临常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰以及动态特性未知的L₂范数有界干扰同时存在情况下分类处理干扰的具有一定通用性的方法，该方法能扩展到应用于控制系统模型比较复杂的地面机器人、以及车辆等其它运动体的抗干扰控制问题中。

背景技术

近年来，但随着技术的发展以及实际需求，人们对无人机的可靠性、机动性、精度都提出了更高的需求，变体无人机通过改变飞机的翼展、折叠翼、后掠角等。在不同的飞行状态下，通过改变飞机的外形，实现最好的飞行性能，完成常规无人机无法完成的任务，但是变体无人机面临的动力学模型过于复杂，导致变体无人机非线性控制系统在控制律的设计方面临很大的困难和挑战。为了既能降低控制器设计的难度，又能定性或定量的描述原系统的控制性能，提出了一种将变体无人机的非线性控制系统线性化处理，通过对线性系统进行多胞型LPV系统转化，并考虑常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰进一步考虑动态未知的范数有界干扰代替实际非线性系统中的干扰对控制系统的影响，设计了一种仿射参数依赖的复合分层抗干扰状态反馈控制器，去取代原有的变体无人机变体过程中复杂的非线性控制模型的抗干扰控制问题。LPV系统多胞型转化能变无数的LMI的求解问题转化为有限的LMI的求解问题，极大的简化运算量，使控制器获得连续的增益，又具有全局稳定性，同时结合满足H_∞性能指标的干扰观测器的设计方法，解决模型求解过程中的常值干扰和缓慢变化干扰的影响，外环设计H_∞控制的方法，对不同类的干扰分别进行抵消和抑制，提高变体无人机变体时的抗干扰性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种将复杂的非线性控制系统抗干扰控制问题进行线性化，结合多胞LPV系统状态反馈将多类干扰分类处理，进行干扰的抵消或抑制，去等效处理原有非线性系统多类干扰的复合分层抗干扰控制问题。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种针对变体无人机的复合分层抗干扰控制方法，针对变体无人机的复合分层抗干扰控制问题，具体技术方案包括：

以变展长变后掠翼无人机非线性模型为例，首先进行非线性模型雅克比线性化；其次设计含多类干扰的多胞LPV系统模型，同时针对内环的常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰以及外环动态特性未知的范数有界干扰；接着设计基于LPV模型的干扰观测器补偿可表征的常值、缓慢变化的干扰，对无法表征其动态特性，但L₂范数有界变量，采用H_∞控制的方法对闭环系统进行优化，实现对有界干扰的抑制；最后设计干扰抵消、抑制的复合分层抗干扰控制器；具体步骤如下：

第一步，将变体无人机的非线性模型雅克比线性化

首先针对无人机非线性模型进行线性化操作，变体过程中的这些参数不确定，内外部常值干扰、缓慢变化的有界干扰以及范数有界干扰，以加性干扰后续再引入线性化模型，忽略干扰的项的线性化模型如下：