[发明专利]基于多模态划分的宽域飞行鲁棒自适应切换控制方法

说明书

本发明涉及一种基于多模态划分的宽域飞行鲁棒自适应切换控制方法，用于解决现有宽域飞行切换控制方法实用性差的技术问题。技术方案是考虑存在不确定性的宽域飞行多模态切换系统，利用模型变换得到可直接设计控制器的二阶非线性切换系统，基于动态逆方法设计稳定模态切换控制器；使用神经网络逼近系统不确定性，基于非奇异终端滑模面设计有限时间收敛鲁棒项；基于惯性环节设计过渡模态控制器，保证多模态控制器的软切换；本发明结合宽域飞行多模态过程特点，通过设计基于多模态划分的宽域飞行鲁棒自适应切换控制有效提升了控制器鲁棒性，实现控制的平滑切换，保证了飞行安全性，适用于工程应用。

技术领域

本发明属于飞行器控制领域，涉及一种飞行器控制方法，特别是涉及一种基于多模态划分的宽域飞行鲁棒自适应切换控制方法。

背景技术

随着航空航天技术的快速发展，飞行器的包线越来越宽，使得飞行器从地面水平起飞并进行宽域飞行成为了可能。飞行器在宽域爬升过程中，速度不断增加至高超声速，将在远程快速运输、太空旅行、全球快速打击等方面发挥重要作用。

宽域飞行过程中，飞行器可能面临不同的动力模式、气动构型和飞行任务，导致存在多种飞行模态。多模态是飞行器宽域爬升过程的普遍特性，需要针对不同模态建立不同的模型并设计不同的控制器，因此飞行器宽域爬升过程是多模态飞行控制器的切换过程，设计多模态切换控制器保证模态间的顺利切换至关重要。宽域爬升飞行器自身具有强非线性特性，同时大包络飞行环境十分复杂，导致飞行器系统存在强不确定性，严重影响飞行安全，因此需要在切换控制中考虑不确定性影响。现有控制方法多采用神经网络或模糊逻辑等智能系统逼近不确定性，这些控制方法只考虑了智能系统的逼近作用，没有结合鲁棒项进行协同处理，在智能逼近效果不好的情况下控制器鲁棒性较差，不利于工程实现。因此研究面向鲁棒性能增强的先进切换控制方法对于宽域飞行切换系统控制研究意义重大且有着迫切需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有宽域飞行切换系统控制方法实用性差的不足，本发明提供一种基于多模态划分的宽域飞行鲁棒自适应切换控制方法。

技术方案

一种基于多模态划分的宽域飞行鲁棒自适应切换控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：考虑一类宽域爬升飞行器，将姿态子系统写为如下多输入多输出切换系统

其中，三通道姿态角X₁＝[θ ψ φ]^T和姿态角速度X₂＝[ω_x ω_y ω_z]^T是状态变量，θ，ψ，φ，ω_x，ω_y和ω_z分别是俯仰角、偏航角、滚转角、滚转角速度、偏航角速度和俯仰角速度；f_i,σ(t),i＝1,2是未知平滑函数，g_i,σ(t),i＝1,2是已知非零平滑函数；u_σ(t)＝[δ_x,σ(t)δ_y,σ(t) δ_z,σ(t)]^T是控制输入，δ_i,σ(t),i＝x,y,z分别是滚转舵偏、偏航舵偏和俯仰舵偏，y是系统输出；函数σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,…,m}是切换信号，m等于划分的稳定模态个数，且σ(t)＝k时表示第k个子系统是激活的；

把(1)中第一个方程进行以下转化

其中，h_1,σ(t)＝f_1,σ(t)+(g_1,σ(t)-I)X₂，I是单位矩阵；

进一步把(2)求导，并把(1)中第二个方程带入可得