[发明专利]一种考虑执行器饱和的非线性飞行器鲁棒控制方法

说明书

本发明涉及一种考虑执行器饱和的非线性飞行器鲁棒控制方法，属于飞行控制领域。包括以下步骤：将飞行器模型分解为考虑所有干扰和不确定的线性主系统和考虑执行器饱和的非线性辅系统；设计观测器用以估计辅系统的状态和主系统的输出；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。本发明充分考虑了系统的非线性信息及不确定和干扰的影响，可以取得良好的轨迹跟踪效果；充分考虑了执行器饱和对系统控制性能的影响，可以通过辅系统的补偿实现在主系统中仍采用经典的线性控制方法。本方法简单有效，灵活性和可靠性较高。

技术领域

本发明涉及一种飞行器控制方法，特别是涉及一种考虑执行器饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法，属于飞行控制领域。

背景技术

在航空航天领域，受物理特性限制，飞行器执行机构的作动范围有限，当控制器给出的控制信号超出执行器的最大作动能力就会出现执行器饱和的情况，比如在高超声速飞行器中，升降舵偏角的作动范围为δ_e∈[-15°,15°]，油门阀开度的工作范围为Φ∈[0.05,1.2]。执行器饱和是一种强非线性，会影响系统稳定性和动态性能。因此，在控制器设计过程中必须考虑执行器饱和的影响，保障系统的稳定性和工作性能。

处理执行器饱和的一种简单方法是在不考虑饱和的情况下，先按照线性系统设计控制器，再引入补偿环节抵消饱和给系统带来的不利影响。但是这种间接处理方法的处理效果有限，更优的选择是采取直接方法，即考虑饱和非线性，使用非线性控制理论设计非线性控制器。这种方法可以取得更好的控制效果，然而却需要完全摒弃工程上经常应用的经典线性控制器。

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执行器饱和的飞行器鲁棒跟踪控制方法，该方法能够充分利用工程上成熟的线性控制方法，同时克服饱和非线性对飞行的影响。

技术方案

一种考虑执行器饱和的非线性飞行器鲁棒控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将飞行器模型分解为考虑所有干扰和不确定的线性主系统和考虑执行器饱和的非线性辅系统；

步骤2：设计观测器用以估计辅系统的状态和主系统的输出；

步骤3：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。

本发明进一步的技术方案为：步骤1具体为：

其中主系统为

y_p＝Cx_p,x_p(0)＝x₀

其中φ(x_d)是一个与时间相关，与状态无关的函数，x_p，u_p，y_p为主系统的状态、输入和输出；为系统矩阵，为输入矩阵，为输出矩阵，为未知干扰；

定义辅系统的状态、输入和输出x_s，u_s，y_s为

辅系统是原系统与主系统的差

y_s＝Cx_s,x_s(0)＝0

根据加性状态分解，有如下关系

x＝x_p+x_s,u＝u_p+u_s,y＝y_p+y_s