[发明专利]一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法

权利要求书

1.一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设定大气中各种变化的风场，将各种变化的风场矢量合成后作为固定翼无人机质心的风场，并将固定翼无人机质心的风场分解为惯性系下三轴风速度分量V_W为惯性系下风速度向量，u_w、v_w和w_w分别为惯性系下沿纵、横、垂三个方向的风速度分量；获得航迹速度在惯性系下的三轴分量V_K＝[u_k v_k w_k]^T，V_K为惯性系下航迹速度向量，u_k、v_k和w_k为惯性系下沿纵、横、垂三个方向的航迹速度分量；

步骤二、在固定翼无人机六自由度刚体运动模型的基础上，建立反映变化风场影响的固定翼无人机航迹回路运动模型，所述固定翼无人机航迹回路运动模型包括航迹偏角χ和航迹倾角γ运动模型、航迹速度V_k运动模型以及横向位置y和垂向位置z运动模型；

步骤三、依次针对气流角及航迹滚转角μ，定义中间变量υ₁和υ₂；

步骤四、将步骤三定义的中间变量υ₁和υ₂作为姿态回路控制器的虚拟控制量，将步骤二建立的航迹偏角χ和航迹倾角γ运动模型，变化成面向控制设计的仿射非线性模型形式；

步骤五、将步骤二建立的航迹速度V_k运动模型，变化成面向控制设计的关于控制量油门开度δ_T的仿射非线性模型形式；

步骤六、选取航迹角状态向量[γ χ]^T作为姿态回路控制器的虚拟控制量，将步骤二建立的横向位置y和垂向位置z运动模型，变化成面向控制设计的仿射非线性模型形式；

步骤七、针对分别得到的三种运动模型的仿射非线性模型形式，将形式上与虚拟控制量线性无关的F_i,i＝1,2视为模型总干扰；其中，表示地速回路的总干扰，F₁表示位置回路的总干扰，F₂表示航迹角回路的总干扰；采用线性扩张状态观测器对仿射非线性模型状态及总干扰进行估计，并在航迹回路控制器设计时予以补偿。

2.如权利要求1所述的一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法，其特征在于，步骤二中所述固定翼无人机航迹回路运动模型如公式(1)和(2)所示：

其中，无人机的位置方程为：

式中，x,y,z分别为无人机在惯性系下的纵、横、垂三维位置坐标，V_k为无人机的航迹速度，χ为无人机的航迹偏角，γ是无人机的航迹倾角；分别是x,y,z的微分；

地速及航迹角状态方程为：

式中，m为无人机质量，g为重力加速度；α,β,μ分别为无人机的迎角、无人机的侧滑角和无人机的航迹滚转角；T,D,C,L分别为无人机的发动机推力、无人机的阻力、无人机的侧力和无人机的升力；σ为发动机安装角；变化风场引起的迎角α_w≈w_w/V，变化风场引起的侧滑角β_w≈v_w/V，V是空速；航迹速度迎角α_k≈w_k/V_k，航迹速度侧滑角β_k≈v_k/V_k，为V_k对时间的一阶微分，为χ对时间的一阶微分，为γ对时间的一阶微分；

所述横向位置y和垂向位置z运动模型为：

所述航迹速度V_k运动模型为：

所述航迹偏角χ和航迹倾角γ运动模型为：

3.如权利要求2所述的一种基于观测补偿技术的航迹回路非线性模型变换方法，其特征在于，步骤三中所述的中间变量υ₁和υ₂如下所示：

υ₁＝αsinμ,υ₂＝αcosμ (6)

同时使得：