参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统技术方案

本发明专利技术公开一种参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，包括着舰指令生成模块、制导控制一体化模块和舰载飞机模型，所述着舰指令生成模块包括基于时间序列AR模型的甲板运动预估模块和下滑轨迹生成模块；所述制导控制一体化模块包括纵向鲁棒预见控制器和横侧向鲁棒预见控制器；所述着舰指令生成模块生成高度指令H

【技术实现步骤摘要】
参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统


[0001]本专利技术属于自动着舰技术、引导
，具体涉及一种参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统。

技术介绍

[0002]自动着舰系统对于舰载飞机实现海上作战任务十分重要。自动着舰问题可以表述为，具备非线性、多变量耦合、参数不确定性特性的舰载飞机精准地跟踪下滑道基准轨迹，在复杂海况及舰船运动导致的舰尾流扰动下最终完成着舰。
[0003]舰载机自动着舰系统包括着舰指令生成模块、制导控制一体化模块和舰载飞机模型。测得的甲板运动信息经数据处理，使测量信息中消去舰运动影响，获得飞机在惯性空间坐标系中的精确位置。与基准下滑轨迹进行比较，由此产生两种指令信息：轨迹误差指令信息和飞行控制系统指令信息，引导和控制飞机沿下滑道飞行。
[0004]传统自动着舰系统大多采用PID(proportion、integral、derivative)控制器，PID控制策略十分成熟、易于实施但并不能总是满足复杂海况下的高精度需求。因此，考虑将先进控制方法应用于舰载机自动着舰系统，以提高舰载机自动着舰的成功率和安全性。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术提供一种参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，使得具备非线性、多变量耦合、参数不确定性特性的舰载飞机能够精准地跟踪下滑道基准轨迹。
[0006]技术方案：本专利技术所述的一种参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，包括着舰指令生成模块、制导控制一体化模块和舰载飞机模型；所述着舰指令生成模块包括基于时间序列AR模型的甲板运动预估模块和下滑轨迹生成模块；所述制导控制一体化模块包括纵向鲁棒预见控制器和横侧向鲁棒预见控制器；所述着舰指令生成模块生成高度指令H
c
和侧偏指令Y
c
，经制导控制一体化模块生成升降舵偏角增量Δδ
e
、油门增量Δδ
T
、副翼偏角增量Δδ
a
和方向舵偏角增量Δδ
r
，舰载飞机接受指令信息并输出飞行姿态和位置信息。
[0007]进一步地，所述基于时间序列AR模型的甲板运动预估模块将甲板运动的预估信息加入到自动着舰引导系统引导律中，用于预估舰船运动未来第l步的值：
[0008][0009]其中，x为已知的舰船运动状态，为预估的舰船运动状态，p为预估模型的阶数，
{a
i
,i＝1,2,...,p}为利用N个数据建模所估计出的模型中的系数，l为预估步数。
[0010]进一步地，所述纵向鲁棒预见控制器为：
[0011][0012][0013]其中，纵向控制输入u
lon
＝[Δδ
e
,Δδ
T
]T
，Δδ
e
为升降舵偏角增量，Δδ
T
为油门增量；纵向状态变量x
lon
＝[ΔV,Δα,Δq,Δθ]T
，ΔV为速度变化量，Δα为迎角变化量，Δq为俯仰角速率变化量，Δθ为俯仰角变化量；x
tlon
＝[H
c
(k),...,H
c
(k+N
‑
1)]T
为纵向通道的预见信息；H
c
为高度指令；H为高度信息；H
er
为高度误差；w
lon
为舰尾流干扰的纵向分量；A
lon
、B
ulon
、B
wlon
、A
eblon
为飞机纵向状态空间矩阵；A
tlon
、B
tlon
、C
tlon
为N步延时器的状态空间系数；x
plon
包括含高度变化量ΔH的纵向状态变量x
glon
＝[ΔV,Δα,Δq,Δθ,ΔH]T
和高度预见信息；F
glon
为纵向状态变量误差参数矩阵；F
rlon
为理想下滑高度预见信息参数矩阵；F
wlon
为舰尾流干扰纵向分量参数矩阵；Y
lon
、为鲁棒控制相关项系数。
[0014]进一步地，所述横侧向鲁棒预见控制器为：
[0015][0016][0017]其中，横侧向控制输入u
lat
＝[Δδ
a
,Δδ
r
]T
，Δδ
a
为副翼偏角增量，Δδ
r
为方向舵增量；横侧向状态变量x
lat
＝[Δβ,Δp,Δr,Δφ,Δψ]T
，Δβ为侧滑角变化量，Δp为滚转角速率变化量，Δr为偏航角速率变化量，Δφ为滚转角变化量，Δψ为偏航角变化量；x
tlat
＝[Y
c
(k),...,Y
c
(k+N
‑
1)]T
为横侧向通道的侧偏预见信息；Y
c
为侧偏指令；Y为侧偏信息；Y
er
为侧偏误差；w
lat
为舰尾流干扰的横侧向分量；A
lat
、B
ulat
、B
wlat
、A
eblat
为飞机横侧向状态空间矩阵；A
tlat
、B
tlat
、C
tlat
为N步延时器的状态空间系数；x
plat
包括含侧偏变化量ΔY的横侧向状态变量x
glat
＝[Δβ,Δp,Δr,Δφ,Δψ,ΔY]T
和侧偏预见信息；F
glat
为横侧向状态变量误差参数矩阵；F
wlat
为舰尾流干扰横侧向分量参数矩阵；Y
lat
、为鲁棒控制相关项系数。
[0018]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术设计了基于时间序列AR模型的甲板运动预估器，使舰载机能够更精准地跟踪甲板运动作用后的理想着舰轨迹；2、本专利技术考虑了着舰过程中存在舰尾气流扰动等外部干扰导致的固定翼飞机的参数不确定性，将未来信息作为前馈控制信号，当前信息作为反馈控制信号，从而提高舰载机着舰响应速度与鲁棒性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术框架图；
[0020]图2为3级海况下理想着舰点高度实际值及其预估值曲线图；
[0021]图3为3级海况下理想高度及实际飞行高度图；
[0022]图4为3级海况下侧向跟踪曲线图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。
[0024]如图1所示，本专利技术提供一种参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，包括着舰指令生成模块、制导控制一体化模块和舰载飞机模型。着舰指令生成模块生成高度指令H...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，包括着舰指令生成模块、制导控制一体化模块和舰载飞机模型，其特征在于，所述着舰指令生成模块包括基于时间序列AR模型的甲板运动预估模块和下滑轨迹生成模块；所述制导控制一体化模块包括纵向鲁棒预见控制器和横侧向鲁棒预见控制器；所述着舰指令生成模块生成高度指令H
c
和侧偏指令Y
c
，经制导控制一体化模块生成升降舵偏角增量Δδ
e
、油门增量Δδ
T
、副翼偏角增量Δδ
a
和方向舵偏角增量Δδ
r
，舰载飞机接受指令信息并输出飞行姿态和位置信息。2.根据权利要求1所述的参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，其特征在于，所述基于时间序列AR模型的甲板运动预估模块将甲板运动的预估信息加入到自动着舰引导系统引导律中，用于预估舰船运动未来第l步的值：其中，x为已知的舰船运动状态，为预估的舰船运动状态，p为预估模型的阶数，{a
i
,i＝1,2,...,p}为利用N个数据建模所估计出的模型中的系数，l为预估步数。3.根据权利要求1所述的参数不确定情况下基于鲁棒预见控制的舰载机自动着舰系统，其特征在于，所述纵向鲁棒预见控制器为：征在于，所述纵向鲁棒预见控制器为：其中，纵向控制输入u
lon
＝[Δδ
e
,Δδ
T
]
T
，Δδ
e
为升降舵偏角增量，Δδ
T
为油门增量；纵向状态变量x
lon
＝[ΔV,Δα,Δq,Δθ]
T
，ΔV为速度变化量，Δα为迎角变化量，Δq为俯仰角速率变化量，Δθ为俯仰角变化量；x
tlon
＝[H
c
(k),...,H
c
(k+N
‑
1)]
T
为纵向通道的预见信息；H
c
为高度指令；H为高度信息；H
er
为高度误差；w
lon
为舰尾流干扰的纵向分量；A
lon
、B
ulon
、B
wlon
、A
eblon
为飞机纵向状态空间矩阵；A
tlon
、B
tlon<...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭淼，张志冰，张秀林，薛艺璇，甄子洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：