[发明专利]一种非线性飞行器航迹控制方法

摘要

本发明提供了一种非线性飞行器航迹控制方法。本发明中的航迹指令生成器发送航迹指令信号至外环航迹控制器；外环航迹控制器接收航迹指令与传感器测量的飞行器位置、速度、航迹倾角、航迹方位角信号，计算并分别发送发动机油门指令信号至飞行器平台和迎角指令、侧滑角指令与绕速度矢滚转角指令信号至内环姿态控制器；内环姿态控制器接收迎角指令、侧滑角指令、绕速度矢滚转角指令信号与传感器测量的飞行器迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角、角速度信号，计算并发送舵面偏转指令至飞行器平台；传感器测量获得飞行器参数信号并反馈至外环航迹控制器和内环姿态控制器；飞行器接收舵偏控制指令完成相应的舵偏动作、接收油门控制指令实现相应推力。

主权项

一种非线性飞行器航迹控制方法，其特征在于：所述方法涉及的装置包括：航迹指令生成器、外环航迹控制器、内环姿态控制器、传感器与飞行器平台；所述的航迹指令生成器发送航迹指令信号至外环航迹控制器；外环航迹控制器接收航迹指令与传感器测量的飞行器位置、速度、航迹倾角、航迹方位角信号，计算并分别发送发动机油门指令信号至飞行器平台和迎角指令、侧滑角指令与绕速度矢滚转角指令信号至内环姿态控制器；内环姿态控制器接收迎角指令、侧滑角指令、绕速度矢滚转角指令信号与传感器测量的飞行器迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角、角速度信号，计算并发送舵面偏转指令至飞行器平台；传感器测量获得飞行器速度、航迹倾角、航迹方位角、迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角、角速度信号并反馈至外环航迹控制器和内环姿态控制器；飞行器接收舵偏控制指令完成相应的舵偏动作、接受油门控制指令实现相应推力；所述控制方法包括以下步骤：a. 航迹指令生成器输入航迹指令信号至外环航迹控制器，指令值为时间的函数；其中，与分别为地面坐标系下的横坐标指令、纵坐标指令与高度指令，上标“”代表矢量转置；b. 外环航迹控制器通过传感器得到当前时刻飞行器的位置、速度幅值、航迹方位角、航迹倾角，根据设定的航迹指令，按下述步骤计算控制指令，将指令发送至内环姿态控制器、将指令发送至飞行器；其中，为迎角指令，为侧滑角指令，为绕速度矢滚转角指令，为发动机油门指令；b1. 设置侧滑角指令为；b2. 对飞行器位置微分方程求导，令其中，为飞行器质量，为发动机最大推力，为阻力，为升力，为大气密度，分别为阻力系数与升力系数，为重力加速度；计算对的导数矩阵与对的导数矩阵，其中，b3. 计算期望的闭环动力学特性为其中，为频率参数，为阻尼参数；b4. 基于状态方程计算导数，基于期望的动态响应方程计算导数为b5. 计算实现对指令航迹跟踪的动态反馈控制律为其中是控制律参数；c. 内环姿态控制器通过传感器得到当前时刻飞行器的迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角与三轴角速度信号，根据外环航迹控制器给出的指令信号，采用内环姿态控制律计算舵偏指令，并将舵偏指令信号发送至飞行器；d． 飞行器接收并实现外环航迹控制器给出的油门指令与内环姿态控制器给出的舵偏指令；e． 回到步骤a，不断生成新的控制指令、实现对航迹指令的跟踪。