本发明专利技术涉及一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法及系统，属于飞行控制技术领域。本发明专利技术提供的方法包括：步骤一、设计辅助系统使强干扰条件下执行机构快速退出饱和；步骤二、设计超螺旋滑模控制器抑制干扰并削弱抖振；步骤三、设计自适应律来动态调整超螺旋滑模控制器的参数。本发明专利技术针对导弹分离过程中强干扰造成的执行机构饱和问题、复杂流场造成的模型不确定问题，提出了抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，提高系统干扰抑制能力，保证系统精确跟踪指令。保证系统精确跟踪指令。保证系统精确跟踪指令。
【技术实现步骤摘要】
一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法及系统
[0001]本专利技术涉及一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法及系统，属于飞行控制
技术介绍
[0002]为提高武器系统射程，常采用运载器/助推器发射导弹的方式实现导弹与运载器/助推器分离。随着武器系统战术技术指标提升，导弹分离包络不断扩大，常面临高空弱操纵效率分离工况。分离时，由于运载器/助推器与导弹之间存在复杂流场，导弹面临强气动干扰，分离初始角速度干扰可能较大，容易导致控制系统执行机构出现饱和，甚至影响安全分离。导弹在分离过程，需要在输入受限条件下克服初始角速度干扰和复杂气动干扰，精确跟踪姿态指令，实现运载器/助推器与导弹的安全分离。
[0003]滑模控制具有对参数变化及扰动不灵敏的优点,但是由于系统不确定和非理想的切换特性，一阶滑模存在高增益和抖振的问题。实际工程中不希望出现抖振，抖振的存在不仅会降低控制精度，造成机械磨损，能耗增大，还可能激发系统固有振荡源，造成系统失稳。
技术实现思路
[0004]本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对导弹分离过程中强干扰造成的执行机构饱和问题、复杂流场造成的模型不确定问题，提供了一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，包括：
[0007]设计辅助系统使强干扰条件下执行机构快速退出饱和；
[0008]设计超螺旋滑模控制器抑制干扰并削弱抖振；
[0009]设计自适应律动态调整超螺旋滑模控制器的参数。
[0010]进一步的，所述设计辅助系统使强干扰条件下执行机构快速退出饱和，具体如下：
[0011]为实现控制饱和的补偿，设计稳定自适应的辅助系统为：
[0012][0013]其中：参数b是与舵效相关的参数，Δu为舵偏差值，参数c1＞0,c2＞0；λ1为辅助系统输出量，λ2为辅助系统中间变量，为λ1、λ2的导数。
[0014]进一步的，当Δu为0时，辅助系统不影响系统性能；当Δu不为0时，通过合理选取c1、c2，可退出饱和。
[0015]进一步的，所述设计超螺旋滑模控制器抑制干扰并削弱抖振，具体如下：对超螺旋滑模控制器进行如下改进：加入线性项ks以加快收敛速度、将符号函数sign(s)改为双曲正
切函数以保证控制指令平滑。
[0016]进一步的，改进的超螺旋滑模控制器如下：
[0017][0018]式中：参数λ＞0,q＞0,k＞0，s为滑模切换函数。
[0019]进一步的，所述设计自适应律来动态调整超螺旋滑模控制器的参数，具体如下：在设计的Lyapunov函数中增加控制参数误差的二次项，从而引入控制参数自适应律的求取步骤，通过实时调整控制参数保证闭环系统的稳定。
[0020]进一步的，
[0021]定义Lyapunov函数V3为：
[0022][0023]式中，V0为超螺旋滑模算法对应的Lyapunov函数，参数γ1＞0,γ2＞0；控制参数为λ和q，λ
*
、q
*
为控制参数λ、q的标称值；
[0024]设计控制参数λ和q的自适应律为：
[0025][0026][0027]式中，参数ω1,γ1,u,s
M
,ε,l均为正实数。
[0028]进一步的，
[0029]当|s|＞u时，λ和q逐渐增大，使系统状态收敛；
[0030]当s
M
≤|s|＜u时，λ和q逐渐减小，防止参数过大造成系统失稳；
[0031]当|s|≤s
M
时，λ和q保持不变，避免参数过小造成收敛速度过慢；
[0032]若发生状态变化或存在干扰，系统状态偏离|s|＜u时，在该自适应律的作用下，λ和q逐渐增大直至收敛至|s|＜u范围内。
[0033]进一步的，本专利技术还提出一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制系统，包括：
[0034]辅助系统建立模块：设计辅助系统使强干扰条件下执行机构快速退出饱和；
[0035][0036]其中：参数b是与舵效相关的参数，Δu为舵偏差值，参数c1＞0,c2＞0；λ1为辅助系统输出量，λ2为辅助系统中间变量，为λ1、λ2的导数；
[0037]当Δu为0时，辅助系统不影响系统性能；当Δu不为0时，通过合理选取c1、c2，可退出饱和；
[0038]超螺旋滑模控制器建立模块：设计超螺旋滑模控制器抑制干扰并削弱抖振；
[0039]对超螺旋滑模控制器进行如下改进：加入线性项ks以加快收敛速度、将符号函数
sign(s)改为双曲正切函数以保证控制指令平滑；
[0040]改进的超螺旋滑模控制器如下：
[0041][0042]式中：参数λ＞0,q＞0,k＞0，s为滑模切换函数；
[0043]自适应律建立模块：设计自适应律动态调整超螺旋滑模控制器的参数；
[0044]在设计的Lyapunov函数中增加控制参数误差的二次项，从而引入控制参数自适应律的求取步骤，通过实时调整控制参数保证闭环系统的稳定；
[0045]定义Lyapunov函数V3为：
[0046][0047]式中，V0为超螺旋滑模算法对应的Lyapunov函数，参数γ1＞0,γ2＞0；控制参数为λ和q，λ
*
、q
*
为控制参数λ、q的标称值；
[0048]设计控制参数λ和q的自适应律为：
[0049][0050][0051]式中，参数ω1,γ1,u,s
M
,ε,l均为正实数。
[0052]进一步的，
[0053]当|s|＞u时，λ和q逐渐增大，使系统状态收敛；
[0054]当s
M
≤|s|＜u时，λ和q逐渐减小，防止参数过大造成系统失稳；
[0055]当|s|≤s
M
时，λ和q保持不变，避免参数过小造成收敛速度过慢；
[0056]若发生状态变化或存在干扰，系统状态偏离|s|＜u时，在该自适应律的作用下，λ和q逐渐增大直至收敛至|s|＜u范围内。
[0057]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0058](1)本专利技术通过设计辅助系统，采用输入饱和误差动态放大的方法，使强干扰条件下执行机构更快退出饱和，提高了系统的稳定性。基于超螺旋算法设计滑模控制器抑制干扰并削弱抖振，在干扰范围未知的情况下，设计一种自适应律来动态调整超螺旋滑模的控制参数，避免由于人为设定控制参数造成的保守性。
[0059](2)本专利技术针对导弹分离过程中强干扰造成的执行机构饱和问题、复杂流场造成的模型不确定问题，提出了抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，提高系统干扰抑制能力，保证系统精确跟踪指令。
附图说明
[0060]图1为本专利技术所提供的控制系统框图；
本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于包括：设计辅助系统使强干扰条件下执行机构快速退出饱和；设计超螺旋滑模控制器抑制干扰并削弱抖振；设计自适应律动态调整超螺旋滑模控制器的参数。2.根据权利要求1所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：所述设计辅助系统使强干扰条件下执行机构快速退出饱和，具体如下：为实现控制饱和的补偿，设计稳定自适应的辅助系统为：其中：参数b是与舵效相关的参数，Δu为舵偏差值，参数c1＞0,c2＞0；λ1为辅助系统输出量，λ2为辅助系统中间变量，为λ1、λ2的导数。3.根据权利要求2所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：当Δu为0时，辅助系统不影响系统性能；当Δu不为0时，通过合理选取c1、c2，可退出饱和。4.根据权利要求1所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：所述设计超螺旋滑模控制器抑制干扰并削弱抖振，具体如下：对超螺旋滑模控制器进行如下改进：加入线性项ks以加快收敛速度、将符号函数sign(s)改为双曲正切函数以保证控制指令平滑。5.根据权利要求4所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：改进的超螺旋滑模控制器如下：式中：参数λ＞0,q＞0,k＞0，s为滑模切换函数。6.根据权利要求1所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：所述设计自适应律来动态调整超螺旋滑模控制器的参数，具体如下：在设计的Lyapunov函数中增加控制参数误差的二次项，从而引入控制参数自适应律的求取步骤，通过实时调整控制参数保证闭环系统的稳定。7.根据权利要求6所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：定义Lyapunov函数V3为：式中，V0为超螺旋滑模算法对应的Lyapunov函数，参数γ1＞0,γ2＞0；控制参数为λ和q，λ
*
、q
*
为控制参数λ、q的标称值；设计控制参数λ和q的自适应律为：
式中，参数ω1,γ1,u,s
M
,ε,l均为正实数。8.根据权利要求7所述的一种抗饱和的参数自调节的超螺旋滑模控制方法，其特征在于：当|s|＞u时，λ和q逐渐增大，使...
【专利技术属性】
技术研发人员：周奕雯，叶赛仙，梁耀，谢伟，侯小兰，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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