[发明专利]一种共轴式无人直升机航向的线性变参数鲁棒性控制方法

说明书

本发明公开了一种共轴式无人直升机航向的线性变参数鲁棒性控制方法，本发明通过基于鲁棒控制的基本框架，将控制器的参数随着无人直升机总距的变化而自动变化，用一个控制器适应全包线的飞行控制，既可保证控制系统的跟踪性能又大幅度提升适应能力，最终实现共轴无人直升机在不同的飞行速度、起飞重量、飞行高度等条件下均具有优越的控制性能。

技术领域

本发明属于无人直升机自动飞行控制技术领域，具体涉及一种共轴式无人直升机航向的线性变参数鲁棒性控制方法。

背景技术

共轴无人直升机通过上下旋翼的桨距差动实现无人直升机的航向控制，在不同的飞行速度、起飞重量、飞行高度等条件下，共轴无人直升机的桨距不同，导致无人直升机的航向控制效率不同，因此在工作无人直升机的航向控制策略上需要根据不同的桨距采用不同的控制参数。

目前常用的控制方法有固定参数的PID控制和线性时不变的鲁棒控制，这些方法都不能保证在上述不同条件下的飞行控制效果。通常的做法是在飞行包线内选择一部分特征点，针对这些特征点，分别设计控制器，然后再用插值的方法实现连续控制。这种方式在设计调试实验等过程复杂而且性能不能得到保障。鲁棒控制作为一种现代控制方法理论比传统的PID控制具有更强的适应能力，目前已经在无人直升机上得到广泛的应用。但是在上述条件变化较大时，线性时不变的鲁棒控制也不能适应。而且线性时不变鲁棒控制的适应能力和跟踪性能是一对互相互斥的性能指标，一味的追求适应能力，将牺牲其跟踪性能。

发明内容

针对上述背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种可实现共轴无人直升机在不同的飞行速度、起飞重量、飞行高度等条件下均具有优越的控制性能的线性变参数鲁棒性控制方法。

为此，本发明采用以下技术方案：一种共轴式无人直升机航向的线性变参数鲁棒性控制方法，包括以下步骤，

第1步，建立模型：

共轴无人直升机航向动力学模型：

航向角速率的阻尼特性与飞行速度呈线性关系。控制舵效跟总距成线性关系，忽略了速度的影响。其中，r、V、δ_r、δ_c依次分别为航向角加速度、航向角速率、飞行速度、尾桨距、总距；a_rv、b_rv、a_rδ、b_rδ分别为模型参数，可通过飞行试验、参数辨识方法获得；

用线性系统描述表达式为

第2步，建立线性分式变换模型：

将飞行速度在其飞行范围之内进行归一化处理，归一化后的飞行速度记为一般情况下δ_c∈[-1 1]，不再做归一化处理；将无人直升机航向动力学模型按照如下步骤建立线性分式变换模型；

视为未知不确定部分，δ_c视为其他未确定部分；这两部分的传递关系表达式为

不确定性包括归一化后的飞行速度和总距δ_c两个部分，即系统描述表达式为：

第3步控制器设计：

基于经典H无穷鲁棒控制器的设计框架，在控制器K(s)上添加随着不确定性Θ进行自适应变化的模块；

为了利用传统的鲁棒控制架构，将控制器的不确定模块和模型的不确定模块合并，控制对象模型扩展为P_a(s)；