一种针对垂直起降可重复使用火箭返回飞行的固定时间收敛抗扰控制方法技术

本发明专利技术提出一种针对垂直起降可重复使用火箭返回飞行的固定时间收敛抗扰控制方法，包括以下步骤：步骤一：建立垂直起降可重复使用火箭返回姿态控制状态方程；步骤二：设计固定时间收敛扰动观测器；步骤三：设计跟踪微分器；步骤四：设计基于固定时间收敛扰动观测器的抗扰控制器。本发明专利技术消除了滑模控制不连续控制项带来的抖振问题，同时通过调节观测器参数从而平衡系统收敛速度、鲁棒性和精度要求，减少观测器调节过程对控制系统造成的影响，因此在垂直起降可重复使用火箭返回飞行姿态控制器设计中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种针对垂直起降可重复使用火箭返回飞行的固定时间收敛抗扰控制方法
本专利技术属于飞行器控制
，特别是涉及一种针对垂直起降可重复使用火箭返回飞行的固定时间收敛抗扰控制方法。
技术介绍
可重复使用运载器是突破传统一次性运载火箭成本高、残骸落点安全威胁大、发射密度低等局限的有效途径，相较于垂直起飞/水平降落、水平起飞/水平降落等其他不同起降方式的可重复使用运载器，垂直起降可重复使用运载器仅需对传统火箭进行小幅改动，着陆场地需求弱、技术跨度小、研发成本相对较低。特别是自SpaceX等航天公司多次成功实现垂直起降可重复使用火箭的子级垂直回收并复用，垂直起降可重复使用运载器逐渐显现其在商业航天发射市场的竞争力。目前针对垂直起降可重复使用运载器返回飞行的姿态控制器设计的研究报告较少。对于垂直起降可重复使用运载器返回飞行姿态控制此类复杂干扰和大不确定性条件下的高品质非线性控制问题，滑模控制由于具有对匹配扰动和不确定性的不变性而被广泛应用。但由于实际应用中系统惯性和采样频率有限等原因，滑模控制中的不连续控制项将会引起系统的抖振。针对滑模抖振问题，如“火箭起飞段姿态系统的滑模变结构控制”，孙慧杰，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对垂直起降可重复使用火箭返回飞行的固定时间收敛抗扰控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：建立垂直起降可重复使用火箭返回姿态控制状态方程，为抗扰控制器的设计提供基础；步骤二：针对姿态控制状态方程及对应的匹配扰动，设计固定时间收敛扰动观测器用于高精度快速估计扰动；步骤三：针对控制输入的姿态角指令存在的突变问题，设计跟踪微分器；步骤四：根据固定时间收敛扰动观测器的输出，设计基于固定时间收敛扰动观测器的抗扰控制器。

【技术特征摘要】
1.一种针对垂直起降可重复使用火箭返回飞行的固定时间收敛抗扰控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：建立垂直起降可重复使用火箭返回姿态控制状态方程，为抗扰控制器的设计提供基础；步骤二：针对姿态控制状态方程及对应的匹配扰动，设计固定时间收敛扰动观测器用于高精度快速估计扰动；步骤三：针对控制输入的姿态角指令存在的突变问题，设计跟踪微分器；步骤四：根据固定时间收敛扰动观测器的输出，设计基于固定时间收敛扰动观测器的抗扰控制器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一具体为：考虑到垂直起降火箭在执行不同任务和发射剖面时无准确返回空域大气和风场数据，且返回时面临燃料消耗、一子级尾部不规则气动外形再入参数不确定性及其他未建模动态和内外扰动，建立如下的非线性系统模型：式中，ω＝[ωxωyωz]T为箭体转动角速度矢量，ωx，ωy，ωz分别为各轴转动角速度；为姿态角向量，ψ，γ分别为俯仰、偏航、滚转角；Δf和Δd表示系统各阶未建模的不确定性及内外干扰；U为控制向量，J表示箭体转动惯量；ω×和R为若垂直起降火箭一子级返回飞行的制导指令为定义x1＝Ω-Ωc，X＝[x1x2]T，有式中，B＝RJ-1；简化式(3)可得式中，视为系统的总扰动；假设系统的总扰动H连续可微，其本身及其导数未知但一致有界；针对式(4)所示的姿态控制系统，将三通道进行解耦设计各通道独立的单输入单输出控制器，各通道之间耦合量视作各通道总扰动的一部分，显然各通道的扰动均满足上述关于扰动的假设，各通道的状态方程均可写为：所述三通道为俯仰、偏航和滚转通道，认为扰动h满足|h|≤h0，h0和h1为未知有限正常值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤二具体为：针对式(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦常柱，崔乃刚，吴荣，浦甲伦，李源，
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