基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法技术

本申请涉及一种基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法。所述方法包括：构建横侧向引导方程，然后引入低通滤波器，根据低通滤波器和横侧向引导方程，构建r重积分链控制系统，根据齐次性原理和所构建的r重积分链控制系统，构建积分终端滑模面，对积分终端滑模面进行求导，得到包含滑模变量与引导律输入关系的导数滑模面，根据预先设置的符号函数和边界层饱和函数，构建滑模变量的期望趋近律；根据期望趋近律和导数滑模面，联合求解得到着舰引导律，根据着舰引导律进行着舰控制。采用本方法能够较好的抑制控制系统抖振，避免控制奇异且能够在有限时间内收敛。避免控制奇异且能够在有限时间内收敛。避免控制奇异且能够在有限时间内收敛。

【技术实现步骤摘要】
基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法


[0001]本申请涉及计算机
，特别是涉及一种基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法。

技术介绍

[0002]舰载机安全出动和回收一直以来都是舰机适配性研究重点关注的问题.随着航母事业的发展，舰载机全自动着舰技术也已引起了学者们的广泛关注.当前舰载机全自动着舰控制的相关研究大多是针对舰载机纵向高度轨迹的精确控制上，其研究的难点主要集中在抗舰尾流干扰以及对甲板运动的控制补偿等方面，与纵向着舰控制相较而言，目前舰载机横侧向控制的相关研究较少。
[0003]为了实现舰载机的抗侧风着舰，一般应采用抗干扰能力强的鲁棒控制方法.由于滑模控制对外界干扰和模型的不确定性有着较强的鲁棒性，其已被广泛应用到机器人控制、制导控制以及航天控制领域，传统的滑模控制采用线性滑模面，使得系统状态到达滑模面后将以指数趋近方式达到稳定状态而无法实现有限时间收敛，因而有学者提出了终端滑模面的概念，也即通过改变滑模面的形式进而使得系统在该滑模面上可以实现有限时间稳定，但普通的终端滑模面设计往往会导致系统状态或滑模面在零点附近时,控制器中的负指数项会使得控制量趋向于无穷大，进而出现控制奇异的现象；近些年来提出的非奇异终端滑模控制在避免了普通终端滑模控制存在控制奇异的基础上，仍具有有限时间收敛的特性。滑模控制具有良好的抗干扰能力，但在滑模控制中，控制抖振问题仍是阻碍其广泛应用的重要原因。为了克服滑模控制的控制抖振问题，本专利技术考虑将传统滑模控制中的低通滤波方法引入到非奇异终端滑模控制中，并基于该思想设计一种积分终端滑模面，使其满足低通滑模控制器的设计要求，且避免了控制奇异的现象.在趋近律的设计过程中综合采用具有边界层的幂指数型趋近律和非齐次干扰观测器，进一步抑制控制抖动的同时保证了控制系统在边界层内部的鲁棒稳定性。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够抑制控制抖振，避免控制奇异且能够实现有限时间收敛的基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法。
[0005]一种基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法，所述方法包括：
[0006]获取舰载机着舰控制系统对应的横侧向引导方程，构建所述横侧向引导方程输入量对应的低通滤波器，根据所述低通滤波器和所述横侧向引导方程，构建r重积分链控制系统；
[0007]根据齐次性理论和所述r重积分链控制系统，构建积分终端滑模面；
[0008]对所述积分终端滑模面进行求导，得到包含滑模变量与引导律输入关系的导数滑模面，根据预先设置的符号函数和边界层饱和函数，构建滑模变量的期望趋近律；
[0009]根据所述期望趋近律和所述导数滑模面，联合求解得到着舰引导律，根据所述着
舰引导律进行着舰控制。
[0010]在其中一个实施例中，还包括：根据所述横侧向引导方程，构建用于估计未知干扰的非齐次干扰观测器；
[0011]在预设的暂态时间之后，在所述着舰引导律中引入所述干扰观测器的观测结果对未知干扰进行补偿，得到暂态时间后的着舰引导律；
[0012]根据所述着舰引导律以及暂态时间后的着舰引导律，得到最终着舰引导律，根据所述最终着舰引导律进着舰控制。
[0013]在其中一个实施例中，还包括：获取舰载机横侧向着舰闭环控制系统对应的横侧向引导方程为：
[0014][0015]其中，g(t)表示未知干扰，Δφ表示滚转角变化量，Δy
g
表示侧向位置变化量，K
*
＝gcosα
*
cosθ
*
，α,θ分别表示舰载机的攻角和俯仰角，下标*表示着舰状态下对应变量的配平值，g表示重力加速度。
[0016]在其中一个实施例中，还包括：构建所述横侧向引导方程输入量对应的低通滤波器为：
[0017][0018]其中，LF(s)表示低通滤波器；
[0019]根据舰载机横侧向着舰闭环控制系统的输入关系，得到：
[0020][0021]其中，u(t)表示引导律输入，φ(t)表示滚转角输入，表示滚转角输入的一阶导；
[0022]对于舰载机横侧向着舰闭环控制系统，确定误差量e1(t)＝y(t)
‑
y
r
(t)，则可以得到r重积分链控制系统：
[0023][0024]其中，y(t)表示舰载机当前侧向位置坐标，y
r
(t)表示舰载机期望侧向位置坐标。
[0025]在其中一个实施例中，还包括：据齐次性原理和所述r重积分链控制系统，构建积分终端滑模面为：
[0026][0027]其中，sgn为符号函数，i＝2,3,
…
,r，0＜γ0＜1，c1、c2和c3为系数。
[0028]在其中一个实施例中，还包括：对所述积分终端滑模面进行求导，得到包含滑模变量与引导律的关系的导数滑模面为：
[0029][0030]在其中一个实施例中，还包括：根据预先设置的符号函数和边界层饱和函数，构建滑模变量的期望趋近律为：
[0031][0032]其中，参数k1>0，k2>0，0<γ
k
<1，且有:
[0033][0034]其中，参数ε＞0表示边界层的厚度。
[0035]在其中一个实施例中，还包括：根据所述期望趋近律和所述导数滑模面，联合求解得到着舰引导律为：
[0036][0037]上述基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法，首先在舰载机横侧向着舰控制系统中引入低通滤波器，构建了终端滑模面，为了引入引导律输入变量，对终端滑模面进行求导，可以得到滑模变量与引导律输入量的关系，然后根据符号函数和边界层饱和函数构建滑模变量的期望趋近律，以实现滑模变量s的在有限时间内收敛的特性并且避免控制输入的抖振，最终联合求解可以得到着舰引导律。
附图说明
[0038]图1为一个实施例中基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法的流程示意图；
[0039]图2为一个实施例中舰载机横侧向着舰闭环控制系统的结构框图。
具体实施方式
[0040]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0041]在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法，包括以下步骤：
[0042]步骤102，获取舰载机着舰控制系统对应的横侧向引导方程，构建横侧向引导方程输入量对应的低通滤波器，根据低通滤波器和横侧向引导方程，构建r重积分链控制系统。
[0043]舰载机横侧向着舰闭环控制系统的结构框图如图2所示。
[0044]步骤104，根据齐次性理论和所建立的r重积分链控制系统，构建积分终端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低通非奇异终端滑模引导的舰载机着舰侧向控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取舰载机着舰控制系统对应的横侧向引导方程，构建所述横侧向引导方程输入变量对应的低通滤波器，根据所述低通滤波器和所述横侧向引导方程，构建r重积分链控制系统；根据齐次性理论和所述r重积分链控制系统，构建积分终端滑模面；对所述积分终端滑模面进行求导，得到包含滑模变量与引导律输入关系的导数滑模面，根据预先设置的符号函数和边界层饱和函数，构建滑模变量的期望趋近律；根据所述期望趋近律和所述导数滑模面，联合求解得到着舰引导律，根据所述着舰引导律进行着舰控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：根据所述横侧向引导方程，构建用于估计未知干扰的非齐次干扰观测器；在预设的暂态时间之后，在所述着舰引导律中引入所述干扰观测器的观测结果对未知干扰进行补偿，得到暂态时间后的着舰引导律；根据所述着舰引导律以及暂态时间后的着舰引导律，得到最终着舰引导律，根据所述最终引导律进着舰控制。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取舰载机着舰控制系统对应的横侧向引导方程，包括：获取舰载机着舰控制系统对应的横侧向引导方程为：其中，g(t)表示未知干扰，Δφ表示滚转角变化量，Δy
g
表示侧向位置变化量，K
*
＝gcosα
*
cosθ
*
，α,θ分别表示舰载机的攻角和俯仰角，下标*表示着舰状态下对应变量的配平值，g表示重力加速度，由于舰载机着舰配平状态下的φ
*
，均为0，取初始时刻舰载机的侧向位置坐标为0，也即有Δφ＝φ，Δy
g
＝y
g
。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔凯凯，韩维，刘洁，刘玉杰，褚达文，张勇，苏析超，郭放，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学航空基础学院，
类型：发明
国别省市：