一种刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统及方法技术方案

本发明专利技术具体公开了一种刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统及方法，所述系统包括执行器模块，刚体飞行器姿态运动模型，虚拟姿态角的角速度计算模块，命令滤波器，补偿信号模块，补偿误差计算模块，扩展状态观察器，参数自适应律模块；所述方法包括刚体飞行器姿态和角速度反演控制方法，与现有技术相比，本发明专利技术具有的有益效果是：不需要知道刚体飞行器不确定性因素的精确结构信息，在模型不确定性、外部干扰、执行器故障、姿态角的角速度受限和执行器输出受限时，使得刚体飞行器姿态角的得到控制。到控制。到控制。

【技术实现步骤摘要】
一种刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统及方法


[0001]本专利技术属于刚体飞行器控制
，特别涉及了一种刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，模型不确定性、外部干扰、执行器故障和执行器输出受限同时存在情形下的刚体飞行器姿态角稳定的研究较少，特别是姿态角的角速度也受限情形下的刚体飞行器姿态角稳定少有人研究。模型不确定性、外部干扰、执行器故障、姿态角的角速度受限和执行器输出受限，使得刚体飞行器姿态角的控制变得困难，姿态角控制现有方法主要以自适应滑模控制、H∞鲁棒控制等方法为主，现有方法具有以下缺点：需要知道不确定性的精确结构信息，并且还不能同时处理角速度受限问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对上述存在的问题，提出了一种刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统及方法，以解决现有技术的不足。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种用于刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统及方法，所述控制系统包括：
[0006]执行器，用于输出使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统，其特征在于，该控制系统包括：执行器，用于输出使姿态角稳定的调整力矩；飞行器姿态运动模型，将接收的调整力矩用于对刚体飞行器姿态角进行调整，并输出姿态角四元素向量和姿态角的角速度；虚拟姿态角的角速度计算模块，用于对接收的姿态角四元素向量进行计算，以获得虚拟姿态角的角速度，并分两路输出；命令滤波器，用于对接收的虚拟姿态角的角速度进行滤波处理，以获得满足限制条件的虚拟姿态角的角速度，其中一路与姿态角的角速度进行误差计算，以获得姿态角的角速度误差，并输出至执行器和参数自适应律模块，另一路虚拟姿态角的角速度直接输出；补偿信号模块，根据接收的虚拟姿态角的角速度、满足限制条件的虚拟姿态角的角速度以及姿态角四元素向量，生成并输出补偿信号，所述补偿信号一路反馈到补偿信号模块参与计算，另一路直接输出。补偿误差计算模块，用于对接收的姿态角四元素向量与期望的姿态角四元素进行误差计算，以获得姿态角四元素向量的镇定误差，所述镇定误差与补偿信号进行误差修正以获得补偿后的姿态角四元素的镇定误差，并分别输出至执行器和参数自适应律模块；扩展状态观测器，用于对接收的姿态角的角速度进行处理，以获得不确定项的估计值，并分别输出至执行器和参数自适应律模块；参数自适应律模块，用于接收姿态角四元素向量、补偿后的姿态角四元素的镇定误差、姿态角的角速度误差以及不确定项的估计值，以获得自适应律参数，其中一路直接输出至执行器，另一路反馈到参数自适应律模块参与计算；所述执行器用于接收反馈的姿态角四元素向量、补偿后的姿态角四元素的镇定误差、姿态角的角速度误差、不确定项的估计值以及自适应律参数。2.根据权利要求1所述的一种用于刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统，其特征在于，所述执行器包括力矩生成模块、执行器饱和受限模块、执行器故障模块，所述力矩生成模块接收反馈的姿态角四元素向量、补偿后的姿态角四元素的镇定误差、姿态角的角速度误差、不确定项的估计值以及自适应律参数，并输出力矩，所述力矩通过执行器饱和受限模块控制力矩的执行范围输出受限力矩，其中一路输出至扩展状态观测器参与计算，另一路经过执行器故障模块输出调整力矩。3.根据权利要求2所述的一种用于刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统，其特征在于，所述刚体飞行器姿态运动模型还接收外部干扰因素，其模型表达式：其中，J(t)∈R3×3是由刚体飞行器质量分布决定的惯性矩阵，是不确定的或者未知的，J(t)∈R3×3是对称的正定矩阵；q＝[q
υ
；q0]∈R4×1是反映刚体飞行器姿态角四元素向量，并且满足q
υ
＝[q1,
q2,q3]
T
和q0分别是刚体飞行器姿态角四元素的向量部分和标量部分；I3∈R3×3是3维的单位矩阵；ω＝[ω1,ω2,ω3]
T
∈R3×1是刚体飞行器姿态角的角速度；u＝[u1,
…
,u3]
T
∈R3×1是由执行器输出的受限力矩；F
p
∈R3×3和F
a
∈R3×3分别是执行器故障模块中执行器性能部分失效故障和性能附加故障；d(t)∈R3×1是外部干扰因素；是q
υ
的斜对称矩阵，它的形式为ω
×
是ω的斜对称矩阵，它的形式为4.根据权利要求3所述的一种用于刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统，其特征在于，所述虚拟姿态角的角速度计算模块包含的表达式为：其中，K1＝diag[K
11
,K
12
,K
13
]是设计的虚拟姿态角的角速度参数矩阵，是个正定的对角矩阵。5.根据权利要求4所述的一种用于刚体飞行器姿态角稳定的自适应反演控制系统，其特征在于，所述命令滤波器包含双曲正切函数运算器，则经过命令滤波器输出的满足限制条件的虚拟姿态角的角速度表达式为：其中，ω

【专利技术属性】
技术研发人员：程春华，李林，韩强，欧阳寰，王超勇，吕鑫燚，马海洋，杨明绪，毕嗣民，郝东升，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学青岛校区，
类型：发明
国别省市：