[发明专利]舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统

说明书

本发明公开了一种舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统，属于航空飞行器控制技术领域。首先，建立垂尾损伤的无人机模型，并分析垂尾损伤对无人机偏航力矩系数、侧力系数、滚转力矩系数的影响；接着针对垂尾损伤带来的参数不确定而造成的控制问题，设计基于状态反馈输出跟踪的自适应容错控制器，对纵向和横侧向解耦，分别设计控制器。本发明能保证在着舰过程中发生垂尾损伤的舰载机在复杂的着舰环境下能够安全着舰。

技术领域

本发明涉及一种舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统，属于航空飞行器控制技术领域。

背景技术

无人机(UAV，Unmanned Aerial Vehicle)是一种非载人飞行器，通过无线电设备以及自身程序控制装置执行特定任务。无人机涵盖高中低空、远中近程，担负起空中巡逻、侦察预警、信息作战、特种攻击等任务，这些无人机的应用令海军战力大增。航母上的主要攻击力量是舰载机，其关键技术是如何保障舰载机能够在非常严峻的着舰环境下，达到安全准确地着舰。由于舰载飞机的着舰环境十分严峻，甲板的空间有限，且会随海浪产生干扰运动，以及复杂的气流扰动也对舰载无人机着舰造成较大影响，舰载无人机降落困难。在舰载无人机自动着舰控制系统中，主要采用PID控制方法。舰载机常规无故障状况下，现行的自动着舰系统可以保证舰载机着舰安全，但在舰载机故障情况下，舰载机控制性能会受到不可预料的影响，甚至酿成严重事故。

基于状态反馈输出跟踪的自适应容错控制器，可以同时解决故障和系统本身的不确定性，且该方法不需要故障诊断和隔离单元，可以不受故障诊断误差的影响，同时也不会影响实时性，能够很好的处理故障引起的不确定性；不需要在系统故障时重新调整控制律的形式，结构简单；易于从理论上证明系统的稳定性和跟踪能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于着舰过程中由垂尾损伤带来的控制问题，所设计的控制系统能够使无人机在着舰阶段受到甲板运动等外界扰动时，能够快速跟踪轨迹响应，抑制扰动的影响，从而降低撞舰风险，确保精确着舰以及提高着舰安全性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

提供一种基于状态反馈输出跟踪的自适应容错控制设计方法，建立舰载机自动着舰系统，包括垂尾损伤的舰载机模型，舰载机着舰引导律，自适应容错控制器，甲板运动和舰尾流干扰。

作为本发明的一种优选方案，所述的垂尾损伤的舰载机模型采用从物理几何角度推导气动力变化，无人机发生垂尾损伤后，首先影响偏航通道的气动力和力矩。由于偏航通道和滚转通道存在耦合，所以滚转通道也会受其影响，量纲一稳定性导数如C_Yβ、C_nβ、C_lβ、C_Yp、C_lβ、C_lp、C_Yr、C_nr以及C_lr等均发生改变，影响整个横侧向通道的气动力和气动力矩，但是对纵向运动的影响不大。

C_nβ为航向静稳定导数，可看成是由机身和垂尾共同产生的。C_nβ1为由机身产生的航向静稳定导数部分，C_nβ2为垂尾产生的航向静稳定导数部分。μ为垂尾损伤度。K_δ0(μ)是关于损伤度μ的机身与垂尾的气动耦合系数。K_δ0(μ)的经验公式表达式为

b_left为损伤发生后剩下的垂尾高度，η_k(μ)为垂尾根梢比。同理可求出垂尾损伤对其他气动参数的影响。

作为本发明的一种优选方案，所述的垂尾损伤的容错控制采用状态反馈输出跟踪的自适应容错控制方法。针对多输入多输出的系统