[发明专利]考虑输入饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法

说明书

本发明涉及一种考虑输入饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法，属于飞行控制方法领域。考虑系统状态含有随机测量噪声，基于飞行器动力学模型和测量信号构建系统状态方程和量测方程，利用非线性扩展卡尔曼滤波器实时估计系统真实状态，从而抑制测量噪声对系统的影响；针对输入饱和，通过函数转换将饱和函数转换成线性时变函数，并与动力学模型结合得到考虑输入饱和的速度子系统和高度子系统；基于状态估计值，针对系统模型不确定设计自适应律和鲁棒更新律，并利用Nussbaum函数处理时变控制增益得到实际控制输入。本发明在考虑飞行器存在输入饱和和模型不确定下实现了鲁棒跟踪控制，并有效抑制了测量噪声对系统的影响。

技术领域

本发明涉及一种飞行控制方法，特别是涉及考虑输入饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法，属于飞行控制方法领域。

背景技术

飞行控制系统设计是飞行器飞行安全的重要技术，飞行器在飞行过程中会受到外部环境以及自身固件的影响，比如风的扰动、气流对传感器测量信号干扰以及执行机构物理限制等，这些问题增加了控制器设计的难度。针对飞行器输入饱和，一些学者通过在控制系统设计中引入辅助系统来抵消饱和的影响，这必然增加了闭环系统的阶数。此外，大部分文献在控制器设计中都是假设系统状态精确可获得，然而气流以及器件老化等原因必然导致传感器存在一定测量噪声，如果直接将含有噪声的测量信号用于控制器设计会进一步导致执行机构产生高频振荡，并超出输入约束范围，因此，输入饱和约束以及扰动等都是控制系统设计需要考虑的重要问题。

《HOSM Observer Based Robust Adaptive Hypersonic Flight Control UsingComposite Learning》(Y Cheng，B Xu，F Wu，et al，《Neurocomputing》，2018年)采用高阶滑模观测器来估计系统转换后的状态，并基于状态估计值设计控制器。然而，高阶滑模观测器在随机测量噪声的影响下不能有效估计系统状态，由此设计的控制器达不到期望的控制效果。《Neural-approximation-based robust adaptive control of flexible air-breathing hypersonic vehicles with parametric uncertainties and control inputconstraints》(X Bu,X Wu,D Wei,et al,《Information Sciences》，2016年)通过构造一个新的辅助系统来补偿期望的控制律，解决了输入幅值约束对作动器的影响，但增加了系统的阶数，降低了计算效率。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种考虑输入饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法，以解决飞行器状态含有随机噪声以及输入饱和、模型不确定性时的跟踪控制问题。

技术方案

一种考虑输入饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法，通过以下步骤实现：

步骤1：考虑飞行器纵向动力学模型为

其中，V、h、γ、α和q分别表示速度、高度、航迹角、迎角和俯仰角速度；D、L和M_A分别表示阻力、升力和俯仰力矩；m、I_y和g分别表示飞行器质量、y轴的转动惯量和重力加速度；T表示发动机推力。(1)-(5)中相关气动力和力矩的定义如下