[发明专利]一种可栖落机动的变体飞行器切换自适应控制方法

权利要求书

1.一种可栖落机动的变体飞行器切换自适应控制方法，所述变体飞行器的机翼能够沿机身方向自由滑动，其特征在于，包括以下步骤：

1)分析变体飞行器的栖落机动及机翼滑动行为，建立变体飞行器纵向动力学模型；

变体飞行器纵向动力学模型方程如下所示：

式中，V、α、θ、q和h分别代表变体飞行器的速度、攻角、俯仰角、俯仰角速率和飞行高度，T为变体飞行器所受推力，m为变体飞行器质量，g为重力加速度系数，I_y为纵向力矩系数，M(ζ,δ_e)为俯仰力矩，其中ζ为变体飞行器的变形量，δ_e为升降舵偏转量；

2)利用步骤1)建立的变体飞行器纵向动力学模型，构建面向栖落机动的变体飞行器姿态切换系统模型，并设计基于模型依赖驻留时间的切换控制策略；

变体飞行器姿态切换系统模型具体为：

定义变体飞行器姿态控制系统的状态变量控制输入u＝δ_e，将变体飞行器的变形量ζ固化到某一固定值，然后对上式(1)进行小扰动线下化处理，得到：

式中，为姿态控制系统输出，为外部干扰且满足‖d(t)‖≤d_m，其中d_m为正实数，输出矩阵是单位矩阵，状态矩阵和控制输入矩阵为

其中，

变体飞行器的机翼沿机身方向发生后移，产生对应的变形量ζ，对应的会产生一系列的姿态子系统；根据切换理论，变体飞行器的栖落变形过程被描述为一系列姿态子系统(2)的有序切换，即

式中，Q(t)为变体飞行器姿态控制系统的切换律，其为一个分段右连续的常值函数，且其中为有限数据集，n是切换子系统的总数；

对于切换序列(T₀，T₁，……，T_i，T_i+1，……)，当t∈[T_i,T_i+1)，有

基于模型依赖驻留时间的时序切换控制策略具体为：

对于某一切换控制时序T{t₀＝0T₁T₂T₃…T_iT_i+1…}，当t∈[T_i,T_i+1)时，有Q(t_i)＝i，Q(t_i+1)＝j；

定义λ_{i_max}是对称正定矩阵P_i的最大特征根，λ_{i_min}是对称正定矩阵P_i的最小特征根，

同时

π_max＝max_i∈Ωπ_i，η＝max_i∈Πλ_{i_max}，μ＝min_i∈Πλ_{i_min}

如果上述时间序列满足下述不等式，则该切换控制时序满足模型依赖驻留时间；

式中，κ是一个正常数且在区间(0,1)中取值；

3)针对步骤2)构建的变体飞行器姿态切换模型设计切换跟踪参考系统；

切换跟踪参考系统如下：

式中，x_r为姿态期望值，r为参考控制输入，系统矩阵A_{r_Q}是霍尔维兹矩阵；

4)根据步骤3)设计的切换跟踪参考系统，构造状态反馈控制器，并针对状态反馈控制器设计自适应更新律，进行变体飞行器切换自适应控制；

定义变体飞行器的姿态跟踪误差为：为了实现变体飞行器栖落过程的跟踪控制，使得姿态切换系统(4)能够精确跟踪参考模型(6)，设计如下所示的状态反馈控制器：

δ_e＝K_ie(t)+N_{1_i}(t)x(t)+N_{2_i}(t)x_r(t) (7)

式中，矩阵K_i，N_{1_i}，N_{2_i}，i∈Π是参考增益矩阵，满足：

考虑到变体飞行器整个栖落过程中，变化量ζ是一个随时间连续变化的过程，不存在突变情况且整个变形切换是事先设定的，对于某个已知的切换序列，当t∈[t_i,t_i+1)，ζ(t_i)＝i，ζ(t_i+1)＝j，i，j∈Π时，假设存在正定对称矩阵P_i和正常数λ_i，对于变体飞行器的第i-th个姿态子系统满足不等式

针对设计的状态反馈控制器(7)，设计自适应更新律：

式中，Λ_i，Γ_{1_i}，Γ_{2_i}，i∈П是半正定对称矩阵，K_i(0)，N_{1_i}(0)和N_{2_i}(0)为初始值。