[发明专利]一种采用自适应观测的无人飞行器攻角跟踪方法

权利要求书

1.一种采用自适应观测的无人飞行器攻角跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10，设置攻角观测器的攻角观测信号初始值为0，将飞行器舵系统的舵偏角信号引入攻角观测器系统，并设置攻角观测控制器信号初始值为0，根据攻角观测信号，建立攻角与力观测并级非线性网络，并设置攻角与力观测网络的权值初始值为常值，得到攻角与力观测并级非线性网络输出信号，并叠加俯仰角速率观测信号以及攻角观测控制器信号与舵偏角信号得到攻角速率观测信号；然后进行积分得到攻角观测信号；设置俯仰角速率观测器的俯仰观测信号初始值为0，将飞行器舵系统的舵偏角信号引入俯仰角速率观测器系统，并设置俯仰角速率观测控制器信号初始值为0，根据攻角观测信号，建立攻角与角速率观测并级非线性网络，并设置攻角与角速率观测网络的权值初始值为常值，得到攻角与角速率观测并级非线性网络输出信号，然后叠加俯仰角速率观测信号、攻角观测信号以及俯仰角速率观测控制器信号与舵偏角信号得到俯仰角加速度观测信号；然后进行积分得到俯仰角速率观测信号如下：

其中α₁为攻角观测信号，δ_z为舵偏角信号，其初始值选取为0；u₁为攻角观测控制器信号，ε₁为观测器的常值参数；a_34g、a_34h、a_34i、a_34j、a_34k分别为攻角与力观测网络的第一个权值信号、第二个权值信号、第三个权值信号、第四个权值信号与第五个权值信号；f₁为攻角与力观测并级非线性网络输出信号，ω_z1为俯仰角速率观测信号，为攻角速率观测信号；u₂为俯仰角速率观测控制器信号；根据攻角观测信号，a_24g、a_24h、a_24i、a_24j、a_24k分别为攻角与角速率观测网络的第一个权值信号、第二个权值信号、第三个权值信号、第四个权值信号与第五个权值信号；f₂为攻角与角速率观测并级非线性网络输出信号；为俯仰角加速度观测信号；dt表示对时间信号进行积分；a_35g为攻角观测器的常值参数；a_22g、a_25g为俯仰角速率观测器的常值参数；

步骤S20，安装攻角传感器，测量飞行器攻角信号，并与所述的攻角观测信号进行比较，得到攻角观测误差信号；然后进行积分，得到攻角观测误差积分信号；再建立超前校正网络，得到攻角观测误差超前校正信号；然后根据所述的攻角观测误差信号与攻角观测信号，分别解算攻角与力观测网络的第一个权值更新速率信号、第二个权值更新速率信号、第三个权值更新速率信号、第四个权值更新速率信号、第五个权值更新速率信号，再进行积分，依次得到攻角与力观测网络的第一个权值信号、第二个权值信号、第三个权值信号、第四个权值信号与第五个权值信号如下：

z₁＝α-α₁；

z_1s＝∫z₁dt；

a_34g(n+1)＝a_34g(n)+r₁a_34gd；

a_34h(n+1)＝a_34h(n)+r₂a_34hd；

a_34i(n+1)＝a_34i(n)+r₃a_34id；

a_34j(n+1)＝a_34j(n)+r₄a_34jd；

a_34k(n+1)＝a_34k(n)+r₅a_34kd；

其中α为飞行器攻角信号，z₁为攻角观测误差信号；z_1s为攻角观测误差积分信号；s为超前校正网络的传递函数的微分算子，T₂、T₁为超前校正网络的常值时间参数；z_1d为攻角观测误差超前校正信号；a_34gd、a_34hd、a_34id a_34jd、a_34kd分别解算攻角与力观测网络的第一个权值更新速率信号、第二个权值更新速率信号、第三个权值更新速率信号、第四个权值更新速率信号、第五个权值更新速率信号；r₁、r₂、r₃、r₄、r₅为常值参数，分别用于调节攻角与力观测网络的第一个权值信号、第二个权值信号、第三个权值信号、第四个权值信号与第五个权值信号的收敛速度快慢；

步骤S30，安装俯仰角速率陀螺仪，测量飞行器的俯仰角速率信号，并与所述的俯仰角速率观测信号进行比较，得到俯仰角速率观测误差信号；然后进行积分，得到俯仰角速率观测误差积分信号；再建立超前校正网络，得到俯仰角速率观测误差超前校正信号；然后根据所述的俯仰角速率观测误差信号与攻角观测信号，分别解算攻角与角速率观测网络的第一个权值更新速率信号、第二个权值更新速率信号、第三个权值更新速率信号、第四个权值更新速率信号、第五个权值更新速率信号，再进行积分，依次得到攻角与角速率观测网络的第一个权值信号、第二个权值信号、第三个权值信号、第四个权值信号与第五个权值信号如下：

z₂＝ω_z-ω_z1；

z_2s＝∫z₂dt；

a_24g(n+1)＝a_24g(n)+r₆a_24gd；

a_24h(n+1)＝a_24h(n)+r₇a_24hd；

a_24i(n+1)＝a_24i(n)+r₈a_24id；

a_24j(n+1)＝a_24j(n)+r₉a_24jd；

a_24k(n+1)＝a_34k(n)+r₅a_34kd；

其中ω_z为飞行器的俯仰角速率信号，z₂为俯仰角速率观测误差信号；z_2s为俯仰角速率观测误差积分信号；z_2d为俯仰角速率观测误差超前校正信号；a_24gd、a_24hd、a_24id a_24jd、a_24kd为攻角与角速率观测网络的第一个权值更新速率信号、第二个权值更新速率信号、第三个权值更新速率信号、第四个权值更新速率信号、第五个权值更新速率信号；r₆、r₇、r₈、r₉、r₁₀为常值参数，分别用于调节攻角与角速率观测网络的第一个权值信号、第二个权值信号、第三个权值信号、第四个权值信号与第五个权值信号的收敛速度快慢，ε₂为常值参数；

步骤S40，根据所述的攻角观测误差信号、攻角观测误差积分信号、攻角观测误差超前校正信号以及对攻角观测误差信号进行非线性变换，形成攻角观测误差滑模信号；叠加攻角观测误差滑模信号的非线性变换，得到攻角观测控制器信号；根据所述的俯仰角速率观测误差信号、俯仰角速率观测误差积分信号、俯仰角速率观测误差超前校正信号以及对俯仰角速率观测误差信号进行非线性变换，形成俯仰角速率观测误差滑模信号；叠加俯仰角速率观测误差滑模信号的非线性变换，得到俯仰角速率观测控制器信号如下：

其中s₁为攻角观测误差滑模信号；u₁为攻角观测控制器信号；s₂为俯仰角速率观测误差滑模信号；u₂为俯仰角速率观测控制器信号；c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、k₁₁、k₁₂、k₁₃、k₂₁、k₂₂、k₂₃为常值控制参数；

步骤S50，根据飞行器的飞行控制任务，设置攻角期望值，然后根据所述的攻角观测信号与攻角期望值进行比较，得到攻角误差信号；然后进行积分得到攻角误差积分信号；再建立超前校正网络，得到攻角误差超前校正信号；再叠加所述的攻角与力观测并级非线性网络输出信号、舵偏角信号、攻角观测控制器信号得到俯仰角速率期望信号；再与所述的俯仰角速率观测信号进行比较，得到俯仰角速率误差信号；然后进行积分得到俯仰角速率误差积分信号；再建立超前校正网络，得到俯仰角速率误差超前校正信号；再叠加所述的攻角与角速率观测并级非线性网络输出信号、舵偏角信号、俯仰角速率观测控制器信号得到最终的舵偏角信号，从而实现飞行器俯仰通道的攻角对攻角期望值进行跟踪，完成飞行器的飞行控制任务如下：

e_1s＝∫e₁dt；

ω_z1d＝-(f₁-a_35gδ_z+u₁)-k₃₁e₁-k₃₂e_1d-k₃₃e_1s；

e₂＝ω_z1-ω_z1d；

e_2s＝∫e₂dt；

δ_z＝-(f₂+a_22gω_z1+u₂-k₄₁e₂-k₄₂e_2d-k₄₃e_2s)/a_25g；

其中为攻角期望值，e₁为攻角误差信号；e_1s为攻角误差积分信号；e_1d为攻角误差超前校正信号；ω_z1d为俯仰角速率期望信号；e₂为俯仰角速率误差信号；e_2s为俯仰角速率误差积分信号；e_2d为俯仰角速率误差超前校正信号；k₃₁、k₃₂、k₃₃、k₄₁、k₄₂、k₄₃为常值控制参数。