[发明专利]一种基于主辅系统结合的非线性飞行器位置保持控制方法

权利要求书

1.一种基于主辅系统结合的非线性飞行器位置保持控制方法，其特征在于针对飞机集总非线性状态方程，设计控制器使得飞行器在存在外界扰动的情况下能够快速地跟踪到参考轨迹，并且跟踪误差足够小；所述的飞机集总非线性状态方程：

其中，为飞行器系统状态，包含了位置、速度、姿态角、气动角和机体角速度；控制输入为包含了油门、升降舵、副翼和方向舵4个操作舵面；d为扰动项；给定参考轨迹p^d＝[x^d y^d h^d]^T；具体包括以下3个部分：

第一部分：系统配平

在水平直飞平衡点处配平，配平状态x^*和配平输入u^*，平衡点处满足

扰动状态为扰动输入为于是得到扰动状态方程

在平衡点进行泰勒展开，得到

其中为高阶项，含义为扰动状态方程线性化后的非线性部分，同时有扰动系统可以进一步表示为

其中g(x)为部分非线性项，d(x,u)为其余未建模动态，将其视为干扰；

第二部分：问题分解

针对系统(5)，取线性时不变主系统为

其中C∈R^3×12为输出矩阵，作用是提取出状态中的轨迹分量；假设参考轨迹为y_d，定义为参考轨迹相对于平衡点的轨迹；那么主系统的任务是实现跟踪控制，使得当t→∞时，系统输出

将主系统从原系统中减掉，得到相应的辅系统

辅系统是一个精确的非线性系统，是对原系统非线性的补偿；当主系统跟踪上了目标，那么辅系统的平衡点辅系统的任务是做镇定控制，使得当t→∞时，系统状态

由于主系统和辅系统是设计模型，而非真实存在的模型，因此需要设计观测器来获取这两个系统的状态值；

设计如下观测器

用以估计主系统和辅系统的状态，即和

基于系统分解，原非线性系统的输出跟踪问题分解为线性主系统的输出跟踪问题和非线性辅系统的镇定控制问题；主系统实现位置保持控制，即控制目标为当t→∞时，主系统跟踪问题就变成了输出反馈跟踪问题；辅系统解决镇定问题，控制目标为当t→∞时，镇定问题比原系统的跟踪问题简单，因为辅系统的状态已知且不需要解决跟踪问题；当且时有

第三部分：控制器设计

针对主系统和辅系统分别设计控制器，设计好主、辅系统的控制器后，综合二者得到原系统的控制器；

考虑主系统，设计主控制器为

使得当t→∞时其中F(·)是一个线性函数；

考虑辅系统，设计辅控制器为

其中使得当t→∞时，L(·,·)是一个非线性函数；

最终设计的原系统的位置保持控制器为

2.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。