[发明专利]一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法

说明书

本发明提供一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法，它提供一种在考虑参数不确定、未知干扰以及执行器故障的情况下，舰载机着舰的新容错控制方法，属于舰载机自动控制技术领域。本方法基于反步法设计舰载机自主着舰容错控制器，利用固定时间干扰观测器对舰载机执行器故障进行容错控制并估计和补偿模型中的不确定性和外界干扰。同时，结合固定时间控制方法降低系统的收敛时间，使控制对象在固定时间内将轨迹跟踪误差收敛到零的一个小邻域内。本发明大大降低了执行器故障对舰载机轨迹跟踪性能的影响，提升了轨迹跟踪误差的收敛速度，实现了舰载机在执行器故障的情况下能够继续完成轨迹跟踪并安全着舰，增强了系统的鲁棒性与稳定性。

技术领域

本发明提供一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法，它提供一种在考虑参数不确定、未知干扰以及执行器故障的情况下，舰载机着舰的新容错控制方法，属于舰载机自动控制技术领域。

背景技术

近年来，为了增强航空母舰/舰载机系统的整体作战能力，对于舰载机着舰轨迹跟踪控制的研究和实际应用越来越多。舰载机在作战过程中不仅可针对海、陆、空进行精准目标打击，还能完成侦查、预警、电子对抗等多样的精密作战任务，是航空母舰战斗力的主要体现。舰载机的飞控系统通过驾驶员、自动驾驶仪和其他控制单元的指令转换成电信号、机械信号和液压信号来控制舰载机执行器的舵面位置，以控制其在期望轨迹中飞行。在着舰过程中，为了能够以一个适合的姿态触舰，舰载机需要保持较小的速度下滑，并需维持较高的航迹控制精度，从而实现安全降落。但在实际情况下，舰载机在飞行过程中干扰因素较多，比如外界干扰因素阵风和大气紊流或是舰载机内部执行器发生未知故障都会造成系统性能改变甚至恶化。对于未知干扰因素，仅仅利用传感器很难进行精准测量，同时，故障信息具有在时间和地点的不确定性和未知性，因此，针对舰载机容错控制研究的重要性不言而喻。通过在系统中加入容错控制，使得舰载机能够在出现系统故障、性能变差的情况下，仍然可以安全地航行或降落。滑模干扰观测器和扩张观测器是广泛应用于未知干扰及故障估计补偿的方法，但这些方法没有结合固定时间控制理论降低系统误差收敛时间，然而衡量舰载机着舰性能的一个重要指标就是舰载机轨迹跟踪误差的收敛时间。因此，需要提出一个性能更好、可靠性更高且收敛时间更快的舰载机着舰容错控制方法。

本发明“一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法”基于以上问题进行考虑，而提出可靠的，解决参数不确定、外界干扰以及执行器故障下的舰载机容错问题的控制理论。通过惯性坐标系下舰载机的六自由度模型，将其在故障情况下的跟踪期望轨迹问题拆分为位置跟踪、姿态跟踪及迎角跟踪问题。其中，使用固定时间干扰观测器对外界干扰及执行器故障进行估计和补偿估计。同时，引入固定时间控制方法降低系统的收敛时间，使舰载机在固定时间内将轨迹跟踪误差收敛到零的一个小邻域内。通过李雅普诺夫稳定性分析以及模拟仿真，证明所设计控制器在执行器故障情况下容错能力较高，舰载机可以在发生故障后的固定时间内将轨迹跟踪误差收敛到零的一个小邻域内，并保证系统全局一致有界。

发明内容

1.目的：本发明的目的在于提供一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法，控制工程师可以在结合实际参数的同时，按照该方法实现舰载机抗扰动、抗执行器故障的轨迹跟踪控制。

工程师可以在结合实际参数的同时，按照该方法实现舰载机抗扰动、抗执行器故障的轨迹跟踪控制。

2.技术方案：本发明“一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法”，其主要内容及步骤是：

首先给定惯性坐标系下舰载机考虑外界干扰及执行器故障时的六自由度模型，然后针对该模型进行控制器设计。该方法依据有效输入分为距离控制、姿态控制以及自动油门控制三部分，因此控制律也相应的由三部分组成：距离控制律、姿态控制律以及自动油门控制律。这三种控制律都基于反步法进行设计。由该方法计算得到的实际输入控制量将传输至操纵面及发动机等执行机构，即可实现舰载机容错控制功能。

本发明“一种基于反步法控制的舰载机着舰固定时间容错控制方法”，其具体步骤如下：