[发明专利]一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法

说明书

本发明公开了一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法，包括以下步骤：S1、建立飞艇系统动力学模型以及通信图模型；S2、根据飞艇系统动力学模型设计线性扩张状态观测器，并加入饱和方法，防止扩张状态观测器初期的峰化现象破坏系统稳定性；S3、根据通信图模型，采用均匀量化器，设计编码器和译码器，对进行通信的相邻两飞艇间的信号进行量化、编码、译码处理；S4、基于扩张状态观测器、量化器、编码器、译码器，提出控制协议，使得相邻飞艇在1 bps带宽下进行通信。本发明采用上述低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法，扩张状态观测器可以准确估计飞艇的状态和扩张状态，量化器不会发生饱和，多飞艇系统可在1比特带宽下达成输出一致。

技术领域

本发明涉及飞艇协同控制技术领域，尤其是涉及一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法。

背景技术

临近空间介于常规航空器的最高飞行高度和航天器的最低轨道高度之间，是跨接航空与航天的新兴领域。随着科学技术的迅猛发展，人类对临近空间的认识逐步深化，其特有的应用价值和战略意义日益凸显，成为各航天航空大国关注的焦点。飞艇作为LTA（Lighter-than-air）飞行器，依靠的是“比空气轻”的内部气体，利用密度的差异在不需要任何额外动力的情况下就能漂浮较长时间。飞艇具有留空时间长、效费比高、隐身性能好、生存能力强等应用优势。飞艇在低空和中高空域都具有良好的应用价值，可用于侦察监视、交通运输、气象观测、应急救灾、通信中继、地图导航等。单飞艇载荷能力和覆盖区域有限，多飞艇协同可使分散的飞艇力量有效结合，具有重要的应用价值。

现有的多飞艇协同控制技术存在如下缺陷：首先，现有技术没有充分考虑飞艇动态特性的不确定性、外部干扰的未知性、以及多飞艇系统的异构性；其次，在实际应用时，飞艇内部状态无法通过传感器测得，使得现有的全状态反馈控制方法不可适用；最后，多飞艇系统的通信通常在军用数据链中完成，由于数据链需要同时传递多种用途的数据，能够提供给协同控制的网络带宽会受到极大的限制，现有的协同控制方法没有充分考虑网络带宽的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法，解决上述提到的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种低网络带宽条件下多飞艇鲁棒协同控制方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据飞艇结构与飞艇坐标系定义，建立飞艇系统动力学模型以及通信图模型；

步骤S2、根据步骤S1中得到的飞艇系统动力学模型，设计线性扩张状态观测器对飞艇的内部状态及扩张状态进行估计，给出扩张状态观测器收敛的条件，并加入饱和方法，防止扩张状态观测器初期的峰化现象破坏系统稳定性；

步骤S3、根据步骤S1中的通信图模型，采用均匀量化器，并基于量化器设计编码器和译码器，对进行通信的相邻两飞艇间的信号进行量化、编码、译码处理，使飞艇间通信带宽为1 bps；

步骤S4、基于步骤S2设计的扩张状态观测器与步骤S3中设计的量化器、编码器、译码器，提出控制协议，使得相邻飞艇在1 bps带宽下进行通信，达成多飞艇系统的协同。

优选的，所述步骤S1中，飞艇系统动力学模型表示为：