The invention discloses a composite layered anti-jamming control method for variant UAV. The method takes variable-length and variable-swept-wing UAV as the research object. Firstly, Jacobian linearization of the variant UAV's non-linear model is carried out; secondly, considering the equivalent interference caused by external gust interference and parameter perturbation, a multi-cell LPV system model of variant UAV with multi-type interference is established. Secondly, for constant and slow-varying disturbances, disturbance observers satisfying H_ performance index are designed to compensate the disturbance that can not characterize its dynamic characteristics, but the L2 norm is bounded. An H_ control law is designed to optimize the closed-loop transfer function to suppress the bounded disturbance. Finally, a composite layered anti-interference controller is constructed by combining the disturbance observer with H_ control law. The advantages of the present invention lie in that a method of classifying and processing multi-class interference for variant UAV is proposed, which can be extended to the problem of multi-layer anti-interference control for other moving objects with complex system model.
【技术实现步骤摘要】
一种针对变体无人机的复合分层抗干扰控制方法
本专利技术涉及一种变体无人机的复合分层抗干扰控制方法,该方法针对系统非线性模型过于复杂,对控制器的求解面临较大困难时,通过LPV系统转化,考虑该系统在面临常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰以及动态特性未知的L2范数有界干扰同时存在情况下分类处理干扰的具有一定通用性的方法,该方法能扩展到应用于控制系统模型比较复杂的地面机器人、以及车辆等其它运动体的抗干扰控制问题中。
技术介绍
近年来,但随着技术的发展以及实际需求,人们对无人机的可靠性、机动性、精度都提出了更高的需求,变体无人机通过改变飞机的翼展、折叠翼、后掠角等。在不同的飞行状态下,通过改变飞机的外形,实现最好的飞行性能,完成常规无人机无法完成的任务,但是变体无人机面临的动力学模型过于复杂,导致变体无人机非线性控制系统在控制律的设计方面临很大的困难和挑战。为了既能降低控制器设计的难度,又能定性或定量的描述原系统的控制性能,提出了一种将变体无人机的非线性控制系统线性化处理,通过对线性系统进行多胞型LPV系统转化,并考虑常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰进一步考虑动态未知的范数有界干扰代替实际非线性系统中的干扰对控制系统的影响,设计了一种仿射参数依赖的复合分层抗干扰状态反馈控制器,去取代原有的变体无人机变体过程中复杂的非线性控制模型的抗干扰控制问题。LPV系统多胞型转化能变无数的LMI的求解问题转化为有限的LMI的求解问题,极大的简化运算量,使控制器获得连续的增益,又具有全局稳定性,同时结合满足H∞性能指标的干扰观测器的设计方法,解决模型求解过程中的常值干扰和缓慢变化干扰 ...
【技术保护点】
1.一种针对变体无人机的复合分层抗干扰控制方法,其特征在于:包括如下几个步骤:首先进行非线性模型雅克比线性化;其次设计含多类干扰的多胞LPV系统模型,同时针对内环的常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰以及外环动态特性未知的范数有界干扰;接着设计满足H∞性能指标的干扰观测器补偿可表征的常值、缓慢变化的干扰,对无法表征其动态特性,但L2范数有界变量,采用H∞控制的方法对闭环系统进行优化,实现对有界干扰的抑制;最后设计干扰抵消和抑制的复合分层抗干扰控制器;具体的步骤如下:第一步,将变体无人机的非线性模型进行雅克比线性化首先针对无人机非线性模型进行线性化操作,变体过程中的这些参数不确定,内外部常值干扰、缓慢变化的干扰以及动态未知的范数有界干扰,以加性干扰后续再引入线性化模型,忽略干扰的项的线性化模型如下:
【技术特征摘要】
1.一种针对变体无人机的复合分层抗干扰控制方法,其特征在于:包括如下几个步骤:首先进行非线性模型雅克比线性化;其次设计含多类干扰的多胞LPV系统模型,同时针对内环的常值干扰、缓慢变化的有界等效干扰以及外环动态特性未知的范数有界干扰;接着设计满足H∞性能指标的干扰观测器补偿可表征的常值、缓慢变化的干扰,对无法表征其动态特性,但L2范数有界变量,采用H∞控制的方法对闭环系统进行优化,实现对有界干扰的抑制;最后设计干扰抵消和抑制的复合分层抗干扰控制器;具体的步骤如下:第一步,将变体无人机的非线性模型进行雅克比线性化首先针对无人机非线性模型进行线性化操作,变体过程中的这些参数不确定,内外部常值干扰、缓慢变化的干扰以及动态未知的范数有界干扰,以加性干扰后续再引入线性化模型,忽略干扰的项的线性化模型如下:其中,m为变展长变后掠翼无人机的质量,T为发动机推力,α是变体无人机的攻角,θ是无人机的俯仰角,g是重力加速度,γ为无人机的航迹倾斜角,δT为控制输入,定义为油门开度;δe为控制输入,定义为升降舵偏角,D是无人机的阻力,L是无人机的升力,Iy是惯性矩,q为俯仰角速度,My为俯仰力矩,定义规则如下:DV为阻力D对速度V求导,Dα是阻力D对攻角的偏导,是推力对油门开度的偏导,LV是升力对速度的偏导,Lα为升力对攻角的偏导数,为升力对升降舵偏角的偏导,是俯仰力矩对速度的偏导数,为俯仰力矩对攻角的偏导数,为俯仰力矩对俯仰角速度的偏导数,是俯仰力矩对升降舵偏角的偏导数,写成如下矩阵形式:定义aij,bmn为线性化过程中求得的对应项偏导数和气动参数的多项式表达式带入已知量求得的值,以上就是无人机非线性模型雅克比线性化过程;第二步,建立含多类干扰的变体无人机多胞LPV系统模型飞行器的后掠角变化与展长变化都可视为均匀变化,且变形时间完全同步,为了分析无人机的动态特性,将变体无人机的整个变形区域按变形的后掠角Λ(0≤Λ≤90°)进行小角度均分,后掠角和展长以后掠角每Λ/n,(n≥4)进行一个区域划分,状态从1~n分别为最大展长最小后掠角变化到最小展长最大后掠角,在每个区域求取平衡点。因此矩阵的系数矩阵变为时间参数变化元素的矩阵,同时考虑变体过程存在的常值干扰...
【专利技术属性】
技术研发人员:余翔,吴克坚,乔建忠,李文硕,田波,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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