[发明专利]一种无人直升机预设性能跟踪控制方法

说明书

本发明公开一种无人直升机预设性能控制方法，包括以下步骤：1、将系统不确定性和执行器故障引入到无人直升机非线性系统模型中，同时采用误差转换函数方法将跟踪误差的不等式约束转换为等式问题处理；2、对1所建模型进行变换，采用神经网路方法对系统不确定性进行逼近；同时，构造辅助系统处理执行器失效故障问题，提高系统的容错能力；3、结合1和2技术，在反步法的框架下设计无人直升机鲁棒容错控制器，保证无人直升机系统在面临系统不确定性和执行器故障等复杂环境的情况下，系统跟踪误差能始终在设定的范围内变化。本发明鲁棒安全飞行控制方案，保证无人直升机的跟踪误差在系统不确定性和执行器故障等多个因素下能够收敛到设定的范围内。

技术领域

本发明属于飞行器鲁棒控制技术领域，具体是一种无人直升机预设性能跟踪控制方法，该方法同时考虑系统不确定性和执行器故障的无人直升机安全飞行控制方法。

背景技术

无人直升机是一种不载操作人员、利用机载传感器和自动控制系统自主执行给定任务或者通过无线电遥控设备发送遥控指令执行任务的飞行器。与固定翼无人机相比，无人直升机具有以下特点：(l)能够完成定点悬停、垂直起降、原地转弯、低空慢飞等功能；(2)不需要特定的机场和跑道，可以在野外恶劣环境下实现自由飞行。正是由于这些独特的优点，奠定了无人直升机举足轻重的军事作用和广阔的民用前景。在军事作战中，无人直升机可以携带多种武器如小型空地导弹等攻击地面、水面和空中的目标。同时，无人直升机在舰载机方面相对于固定翼无人机具有很大优势，由于其可以在较小的空间内垂直起降，非常适合舰艇的实际需要。在现代作战中，无人直升机不但能攻击临近海面飞行的敌方无人机，夺取超低空制空权，还可配合舰艇编队登陆，执行火力支援任务。在民用方面，无人直升机可以完成地形测绘、资源勘探、森林防火、空中摄影、农药喷洒等工作。当发生重大自然灾害后，可以执行救援搜寻任务以及灾区电力、桥梁、道路的检查。虽然无人直升机有如此巨大的应用前景，也得到了国内外众多科学机构的重视和研究，但由于其本身非线性强、动力学特性复杂、开环不稳定、欠驱动等固有特点，无人直升机控制系统设计仍面临诸多实际问题亟待探索和解决。

首先，无人直升机广泛的军事和民用价值决定了其往往需要在海面、城区、山谷等不同的环境、不同气象条件下实施多种作业，这样就使得执行任务的环境信息常常是不完全透明的。同时，无人直升机本身多变量的特性以及在飞行过程中系统参数的变化会导致建模误差等不确定性问题的存在，若控制器不能及时应对这些问题，则会造成控制系统性能下降甚至出现失控。因此对建模误差等系统不确定性问题进行分析处理是无人直升机安全飞行的重要保证。

其次，旋翼结构使得无人直升机系统中可活动部件较固定翼飞机明显增加，这也导致系统发生故障的概率较高，如旋翼的长时间高速旋转会造成控制增益的下降。此外，无人直升机特殊的军事定位需要其经常在复杂多变的环境下执行任务，这对系统性能提出了更高的要求，如要求系统的跟踪误差在设定的范围内变化。特别是对执行精确打击的无人直升机系统而言，高精度的性能要求对提高其任务完成率至关重要。但是，目前大多数关于无人直升机飞行控制的研究中，并未对上述典型问题进行综合分析和考虑。同时，参数变化、建模误差等不确定性等问题的耦合发生，更是给无人直升机飞行控制系统的设计带来了全新的挑战。

基于此，针对军事中具有重要战略地位的无人直升机开展高质量飞行控制研究，综合分析威胁其飞行安全的各种因素，这对保证无人直升机在战场环境下的生存能力和任务完成具有重要的研究意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人直升机预设性能控制方法，保证无人直升机的跟踪误差在系统不确定性和执行器故障等多个因素下能够收敛到设定的范围内。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下:

一种无人直升机预设性能控制方法，具体分为以下步骤：

(1)首先将系统不确定性和执行器故障引入到无人直升机非线性系统模型中，同时采用误差转换函数方法将跟踪误差的不等式约束转换为等式问题处理；