【技术实现步骤摘要】
一种飞艇三维航迹跟踪的反步神经网络控制方法
本专利技术涉及一种航天航空领域的飞行控制方法,它为飞艇航迹跟踪提供一种反步神经网络控制方法,属于自动控制
技术介绍
飞艇是指一种依靠轻于空气的气体(如氦气、氢气等)提供静浮力升空,依靠自动飞行控制系统实现定点驻留和低速机动的飞行器,具有滞空时间长、能耗低、效费比高及定点驻留等优点,广泛应用于侦察监视、对地观测、环境监测、应急救灾、科学探测等领域,具有重要应用价值和广阔的应用前景,当前已成为航空领域的研究热点。航迹跟踪是指飞艇从给定的初始状态出发并跟踪给定的惯性坐标系下的指令航迹。飞艇的空间运动具有非线性、通道耦合、不确定、易受外界扰动等特点,因此,航迹控制成为飞艇飞行控制的关键技术之一。众多研究人员针对飞艇的航迹跟踪问题,提出了PID控制、反馈控制、滑模控制、鲁棒控制等方法,为飞艇航迹跟踪提供了可供参考借鉴的技术方案。但是上述航迹控制方法尚未有效解决以下两类问题:一是飞艇动力学模型不确定,存在建模误差及未建模动态;二是飞艇航迹控制系统为一个复杂的多变量非线性系统,飞行包线内闭环控制系统的稳定性难以保证。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足,本专利技术的目的是提供一种飞艇三维航迹跟踪的反步神经网络控制方法。本专利技术针对飞艇三维航迹跟踪问题,建立了飞艇的非线性动力学模型;以此为受控对象,将非线性动力学模型分解为两个子系统,采用反步法为每个子系统设计李雅普诺夫(Lyapunov)函数和中间虚拟控制量,通过确定适当的虚拟反馈,使得系统的前面状态达到渐近稳定,一直“反向推演”至整个系统,从而实现整个系统的渐近稳定 ...
【技术保护点】
一种飞艇三维航迹跟踪的反步神经网络控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:给定指令航迹:ηd=[xd,yd,zd,θd,ψd,φd]T;其中:指令航迹为广义坐标ηd=[xd,yd,zd,θd,ψd,φd]T,xd、yd、zd、θd、ψd和φd分别为指令x坐标、指令y坐标、指令z坐标、指令俯仰角、指令偏航角和指令滚转角,上标T表示向量或矩阵的转置;步骤二:航迹控制误差量计算:计算指令航迹与实际航迹之间的航迹控制误差量e;航迹控制误差量e的计算方法为:e=ηd‑η=[xd‑x,yd‑y,zd‑z,θd‑θ,ψd‑ψ,φd‑φ]T (1)η=[x,y,z,θ,ψ,φ]T为实际航迹,x、y、z、θ、ψ、φ分别为实际航迹的x坐标、y坐标、z坐标、俯仰角、偏航角和滚转角;步骤三:航迹控制律设计:选取Lypaunov函数和中间虚拟控制量,采用反步法设计航迹控制律,计算航迹控制量u;步骤四:神经网络逼近器设计:以航迹控制误差量e及其变化率实际航迹η及其变化率为神经网络的输入变量,以飞艇动力学模型的估计值为神经网络的输出变量设计神经网络逼近器,利用神经网络无限逼近功能估计未知的不确定模型 ...
【技术特征摘要】
1.一种飞艇三维航迹跟踪的反步神经网络控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:给定指令航迹:ηd=[xd,yd,zd,θd,ψd,φd]T;其中:指令航迹为广义坐标ηd=[xd,yd,zd,θd,ψd,φd]T,xd、yd、zd、θd、ψd和φd分别为指令x坐标、指令y坐标、指令z坐标、指令俯仰角、指令偏航角和指令滚转角,上标T表示向量或矩阵的转置;步骤二:航迹控制误差量计算:计算指令航迹与实际航迹之间的航迹控制误差量e;航迹控制误差量e的计算方法为:e=ηd-η=[xd-x,yd-y,zd-z,θd-θ,ψd-ψ,φd-φ]T(1)η=[x,y,z,θ,ψ,φ]T为实际航迹,x、y、z、θ、ψ、φ分别为实际航迹的x坐标、y坐标、z坐标、俯仰角、偏航角和滚转角;步骤三:航迹控制律设计:选取Lypaunov函数和中间虚拟控制量,采用反步法设计航迹控制律,计算航迹控制量u;1)建立飞艇的动力学模型飞艇空间运动的坐标系及运动参数定义如下:采用地面坐标系oexeyeze和载体坐标系obxbybzb对飞艇的空间运动进行描述,CV为浮心,CG为重心,浮心到重心的矢量为rG=[xG,yG,zG]T;运动参数定义:位置P=[x,y,z]T,x、y、z分别为轴向、侧向和竖直方向的位移;姿态角Ω=[θ,ψ,φ]T,θ、ψ、φ分别为俯仰角、偏航角和滚转角;速度v=[u,v,w]T,u、v、w分别为载体坐标系中轴向、侧向和垂直方向的速度;角速度ω=[p,q,r]T,p、q、r分别为滚转、俯仰和偏航角速度;记广义坐标η=[x,y,z,θ,ψ,φ]T,广义速度为V=[u,v,w,p,q,r]T;飞艇的动力学模型描述如下:式中1其中式中,m为飞艇质量,m11、m22、m33为附加质量,I11、I22、I33为附加惯量,Λ为飞艇体积;Q为动压,α为迎角,β为侧滑角,CX、CY、CZ、Cl、Cm、Cn为气动系数;Ix、Iy、Iz分别为绕obxb、obyb、obzb的主惯量;Ixy、Ixz、Iyz分别为关于平面obxbyb、obxbzb、obybzb的惯量积;T为推力大小,μ为推力矢量与obxbzb面之间的夹角,规定其在obxbzb面之左为正,υ为推力矢量在obxbzb面的投影与obxb轴之间的夹角,规定其投影在obxb轴之下为正;lx、ly、lz表示推力作用点距原点ob的距离;式(3)为关于广义速度V的表达式,需要将其变换为关于广义坐标η的表达式;由式(2)可得:式中,J-1(η)为J(η)的逆矩阵;对式(16)微分,可得式中式(19)左乘可得综合式(3)、式(19)以及式(21)可得:
【专利技术属性】
技术研发人员:杨跃能,闫野,朱正龙,刘二江,徐博婷,
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学,
类型:发明
国别省市:湖南;43
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