一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统。该方法包括：获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；根据给定期望轨迹确定给定期望姿态参数；根据给定期望轨迹和给定期望速度确定位置跟踪误差和速度跟踪误差；利用给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对位置跟踪误差和速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；根据给定期望姿态参数确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；利用给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；根据速度控制律和姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。本发明专利技术有效增加执行机构的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。

【技术实现步骤摘要】
一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统
本专利技术涉及平流层飞艇控制领域，特别是涉及一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统。
技术介绍
流层飞艇实现其典型应用的前提是具有长时驻空飞行能力。目前，制约其持续驻空时间的两个主要因素为能源约束和执行器寿命约束。能源约束主要是指飞艇在连续飞行过程中为执行器提供的功率有限；特别是在高负荷数据通信和夜间高机动性飞行过程中，能源约束尤为明显。执行器寿命约束指的是飞艇航时所受的长时间运行执行器寿命所带来的限制；因而，可以通过降低执行器的控制频率以增加其在飞艇持续飞行期间的服务时间。为了降低执行器的控制频率，现有技术中采用周期时间触发的控制策略，但是上述控制策略没有显著减少在跟踪预定轨迹时执行机构的作动频率，进而不会有效增大平流层飞艇的持续驻空时间，并不能有效结解决在具有扰动情况下的轨迹跟踪控制问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统，降低平流层飞艇执行机构作动频率，有效增加执行机构的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：/n获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制；/n根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度；/n根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差；/n根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差；/n利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；/n根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度...

【技术特征摘要】
1.一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制；
根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度；
根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差；
根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差；
利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；
根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；
利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；
根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。


2.根据权利要求1所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束具体包括：
利用公式确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹；
其中，pd(t)为给定期望轨迹，[xd,yd,zd]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。


3.根据权利要求1所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律，具体包括：
利用公式确定对轨迹输入饱和进行补偿值；
利用公式确定速度控制律；
利用公式确定速度自适应律；
其中，Kj＝diag{kj1,kj2,kj3}(j＝p1,p2)，kji＞0(i＝1,2,3)；Δvci＝vci-vci0，kji为控制参数，bpi为位置跟踪误差约束，z1i为位置跟踪误差，ξpi为对轨迹饱和进行补偿值，为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z2为速度跟踪误差，ξv为对速度饱和进行补偿值，Fv为平流层飞艇模型函数，为速度估计值，bv为速度跟踪误差约束，bp为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δvci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，γvi、γv0、为控制参数，B11为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。


4.根据权利要求3所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律，具体包括：
利用公式确定对姿态输入饱和进行补偿值；
利用公式确定姿态控制律；
利用公式确定姿态自适应律；
其中，z4为姿态角速度跟踪误差，z3为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，Fw为平流层飞艇模型函数，bΘ为姿态跟踪误差约束，bw为角速度跟踪误差约束，为归进控制参数，ΔΩci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξω为辅助设计系统输出值，Fω为系统状态矩阵，Ωc为期望姿态角，γωi、γω0为控制参数。


5.一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天，张一飞，祝明，
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