一种针对垂直起降运载器主动段飞行的自适应增广抗扰容错方法技术

本发明专利技术提出了一种针对垂直起降运载器主动段飞行的自适应增广抗扰容错方法，属于飞行器控制技术领域。所述方法包括：步骤一：基本PID控制器设计；步骤二：自适应增益调节律设计；步骤三：干扰补偿算法；步骤四：最优控制分配算法；步骤五：快速故障检测与自适应容错控制算法。所述方法能够满足实际飞行控制要求，控制参数设计简单，具有详细的控制性能指标进行表征，同时也具有鲁棒性更强、自适应性更好和控制结构更简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种针对垂直起降运载器主动段飞行的自适应增广抗扰容错方法
本专利技术涉及一种针对垂直起降运载器主动段飞行的自适应增广抗扰容错方法，属于飞行器控制

技术介绍
垂直起降重复使用运载火箭在主动段飞行过程中存在的不确定因素较多，例如火箭的飞行高度、飞行速度、大气条件的变化以及火箭内部结构干扰等因素，导致箭体姿态动力学模型参数存在很大程度的时变性和不确定性；而且柔性火箭的姿态控制系统设计必须考虑箭体弹性振动的影响，而弹性振动频率同样存在不确定性；火箭的执行机构同时也易于发生故障或失效等情况，因此也可归结为模型不确定因素。上述这些不确定因素将使得姿态控制系统的稳定裕度降低甚至失稳。基于传统的增益定序设计的PID控制器由于是在地面离线设计的控制参数，对于在高空中实时飞行过程中的模型突变/不确定性难以有效应对且设计参数较为保守。因此有必要研究自适应控制技术，并结合传统的PID控制器设计思路，通过增加一系列自适应环节以及补偿校正环节以达到自适应姿态容错控制要求，这对于垂直起降重复使用运载器主动段稳定控制技术具有重要的研究意义。通过对已有技术文献进行检索分析，目前针对运载器的容错控制系统设计主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对垂直起降运载器主动段飞行的自适应增广抗扰容错方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、根据垂直起降重复使用运载器主动段的小扰动线性化动力学模型，采用拉普拉斯变换后获得控制系统传递函数模型，然后采用增益定序方法确定火箭俯仰通道、偏航通道和滚转通道的PID控制参数，获得PID控制律，完成PID控制器设计；步骤二、针对垂直起降重复使用运载器主动段飞行过程中的姿态误差以及测量获得的弹性振动信号，建立自适应增益调节控制律；步骤三、根据火箭刚体条件下的小扰动线性化方程，建立状态空间模型，通过所述状态空间模型将未建模动态和不确定性统一表述为未知量，然后，采用扩张状态观测器对所述未知量进行估计，进而...

【技术特征摘要】
1.一种针对垂直起降运载器主动段飞行的自适应增广抗扰容错方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、根据垂直起降重复使用运载器主动段的小扰动线性化动力学模型，采用拉普拉斯变换后获得控制系统传递函数模型，然后采用增益定序方法确定火箭俯仰通道、偏航通道和滚转通道的PID控制参数，获得PID控制律，完成PID控制器设计；步骤二、针对垂直起降重复使用运载器主动段飞行过程中的姿态误差以及测量获得的弹性振动信号，建立自适应增益调节控制律；步骤三、根据火箭刚体条件下的小扰动线性化方程，建立状态空间模型，通过所述状态空间模型将未建模动态和不确定性统一表述为未知量，然后，采用扩张状态观测器对所述未知量进行估计，进而在PID控制律的基础上建立干扰补偿控制算法；步骤四、利用所述PID控制律、自适应增益调节控制律和干扰补偿控制算法获得控制指令，然后采用最优控制分配算法对所述控制指令进行最优控制分配处理，获得实际的执行器控制指令；步骤五：根据垂直起降重复使用运载器中的执行器，利用快速故障检测和自适应容错控制算法将所述执行器等效为一阶动力学模型，采用故障因子描述执行器故障动力学模型，然后建立故障估计器对所述执行器故障动力学模型进行估计，最后利用伪逆法进行执行器的控制重构，进而完成执行器故障条件下的自适应容错重构控制。2.根据权利要求1所述自适应增广抗扰容错方法，其特征在于，步骤一所述获得PID控制律的具体过程包括：第一步：根据垂直起降重复使用运载器主动段飞行过程，确定所述垂直起降重复使用运载器主动段的小扰动线性化方程，所述小扰动线性化方程如下：其中，α为攻角，θ为弹道倾角，为发动机摆角，为弹道倾角导数，为俯仰角，和分别为俯仰角的一阶导数和二阶导数；皆为火箭相关的动力系数值；第二步：对第一步所述小扰动线性化方程进行拉普拉斯变换后获得传递函数模型；第三步：将所述传递函数模型搭建所述垂直起降重复使用运载器的控制系统，获得所述PID控制律，所述PID控制律如下：其中，kp为静态放大系数，ki为积分系数，kd为动态放大系数，为期望俯仰角，ωz为俯仰角速率。3.根据权利要求1或2所述自适应增广抗扰容错方法，其特征在于，所述PID控制律获取过程利用校正网络对所述PID控制律中的控制信号进行滤波，所述校正网络如下：其中，s为拉普拉斯算子，ω1，ω2，ω3，ω4，ωs1，ω1f，ω2f皆为校正网络的频率值，ζ1，ζ2，ζ3，ζ4和ζs1均为校正网络的阻尼系数值。4.根据权利要求1所述自适应增广抗扰容错方法，其特征在于，步骤二所述建立自适应增益调节控制律的具体过程包括：步骤1：将火箭飞行过程中测量的姿态角、角速率和实际期望的姿态角及角速率进行作差比较，获得误差综合信号；所述误差信号如下：其中，d为常系数值，er为姿态跟踪误差综合信号，γr为姿态跟踪误差，为姿态跟踪误差导数值；步骤2：将实际测量信号输入到PID控制律中获得控制指令，利用高通滤波器将控制指令中的振动信号从控制指令中剥离出来；步骤3：将所述振动信号进行平方处理或者取绝对值处理；然后利用低通滤波器使经过平方处理或者取绝对值处理后的振动信号变平缓，不再剧烈抖动；其中，高通滤波器和低通滤波器的形式分别为：其中，ωH为高通滤波器中心频率，ωL为低通滤波器中心频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔乃刚，韦常柱，张亮，李源，徐世昊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23