[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

说明书

本发明提供一种可栖落机动的变体飞行器切换自适应控制方法，解决目前变体飞行器栖落机动带来的强耦合、非线性、不确定性以及快时变等带来的控制系统设计问题。具体包括以下步骤：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；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；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；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。

技术领域

本发明属于变体飞行器控制技术领域，具体涉及一种可栖落机动的变体飞行器切换自适应控制方法。

背景技术

近年来飞行器研究与验证得到了迅速的发展，由于其低成本、使用灵活和应用场景广泛等特点，在军事和民用方面都表现出巨大的潜力，世界各航空大国都在积极开展飞行器技术研究与验证，力图进一步挖掘飞行器使用的新方向和新能力，如美国《2009-2034无人系统综合路线图》规划提出发展新概念飞行器，《中国新一代人工智能发展报告2019》布局飞行器人工智能。因此，更智能、更灵活、更自主是飞行器未来发展的重要方向。

观察鸟类飞行过程可以发现，鸟类在飞行过程中会根据飞行环境自适应地改变翅膀的形状，使其飞行速度迅速降低，最终实现快速精准的栖落在树木、楼宇或者其他目标位置。

受鸟类栖落飞行过程的启发，如果飞行器可以像鸟类一样，通过类似栖落机动这样的方式，快速实现飞行速度的降低，最终降落的目标位置，这样可以大大降低飞行器对起降场地的限制，可以有效的扩展飞行器的使用范围。但是，目前传统的固定翼飞行器很难实现飞行速度的快速降低，完成栖落机动。

变体飞行器可根据任务需求和飞行环境，调整机体的构型进而改善飞行器本身的气动特性，为飞行器实现栖落机动提供了一种可能；但是变体飞行器由于变形过程导致其气动特性复杂，姿态动力学模型表形出强耦合、非线性等特点，给控制系统的设计与实现带来了巨大挑战。特别是变体飞行器在实现栖落这一复杂机动过程中，攻角会拉大到过失速状态，姿态变化剧烈，进一步增加了动力学建模与控制系统设计的难度。

针对上述问题本发明结合切换控制理论，提出了一种变体飞行器栖落机动鲁棒自适应控制方法来解决飞行器栖落过程建模和控制器设计的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决目前变体飞行器栖落机动带来的强耦合、非线性、不确定性以及快时变等带来的控制系统设计问题，而提供一种可栖落机动的变体飞行器切换自适应控制方法，一种基于切换理论的可栖落变体飞行器鲁棒自适应控制方法。

本发明的主要研究对象是一种机翼可沿机身方向自由滑动的变体飞行器，具体结构如图1所示。它可以通过改变机翼位置来优化整个机翼的气动特性，进而改善栖落末端气动能力低的情况，保证飞行器的姿态控制能力。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

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，其特殊之处在于，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；

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；

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；

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。

进一步地，步骤1)变体飞行器纵向动力学模型方程如下所示：