【技术实现步骤摘要】
本申请涉及飞行器控制，特别是涉及一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法。
技术介绍
1、吸气式高超声速飞行器(airbreathing hypersonic vehicle，ahv)兼具了速度快和航程远的特点，可以实现低成本空天往返和战场快速响应，具有重要的军事价值和潜在的民用价值。与传统飞行器相比，吸气式高超声速飞行器采用发动机-机身一体化设计，导致了推力和气动力具有强耦合性。
2、目前，关于吸气式高超声速飞行器进行的动力学建模主要依赖于空气动力学理论和cfd技术，缺少在飞行器在临近空间的实际飞行数据，不可避免地会造成建模误差；同时，参数的不确定性将会对控制系统设计提出更高的要求；此外，高超声速飞行器还具有静不稳定和强非线性，传统的线性控制方法很难实现大范围的飞行控制。
3、现有技术中，一般采用非线性控制方法进行高超声速飞行器的控制，并取得了较好的效果，包括反步控制（包括自适应反步控制和动态反步控制等）、滑模控制、模糊控制、输入输出反馈线性化等控制方法。
4、上述控制方法可以直接应用于非线性系统，并且在处理非匹配不确定性上具有良好的性能。然而，这些控制方法的鲁棒性不够强，控制稳定性不高。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，能够提高控制的鲁棒性和稳定性。
2、一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，包括：
3、获取超声速巡航飞行器的动力学参数，并构建超声速巡航飞行
4、将超声速巡航飞行器的动力学模型表示为严格反馈形式；
5、根据动力学模型的严格反馈形式，基于反步法，设计超声速巡航飞行器的高度子系统的控制律和速度子系统的控制律，并根据高度子系统的控制律和速度子系统的控制律，生成超声速巡航飞行器的控制指令；
6、获取超声速巡航飞行器的高度指令，并根据超声速巡航飞行器的控制指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制。
7、在一个实施例中，获取超声速巡航飞行器的高度指令，并根据超声速巡航飞行器的控制指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制，包括：
8、获取超声速巡航飞行器的高度指令，并设计传递函数，根据高度指令和传递函数生成目标指令；
9、根据超声速巡航飞行器的控制指令和目标指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制。
10、在一个实施例中，根据超声速巡航飞行器的控制指令和目标指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制，包括：
11、根据超声速巡航飞行器的目标指令，依次生成虚拟航迹角指令、虚拟俯仰角指令、虚拟角速度指令以及舵偏角指令；
12、根据舵偏角指令，控制超声速巡航飞行器执行动作，以跟踪目标指令；
13、根据超声速巡航飞行器的执行动作，基于递推最小二乘进行参数在线辨识，以消除干扰和气动参数偏差。
14、在一个实施例中，获取超声速巡航飞行器的动力参数，并构建超声速巡航飞行器的动力学模型，包括：
15、；
16、式中，为飞行高度，为飞行速度，为航迹角，为发动机推力，为攻角，为阻力，为质量，为引力加速度，为俯仰角，为俯仰角速率，为升力，为俯仰力矩，为绕本体系轴的转动惯量，为的一阶微分；
17、其中：
18、；
19、式中，为大气密度，为参考面积，为推力系数，为升力系数，为阻力系数，为俯仰力矩系数，为平均气动弦长；
20、其中：
21、；
22、式中，为升力系数对攻角的偏导数，为阻力系数对攻角的偏导数，为阻力系数常数，为攻角项力矩系数，为攻角项力矩系数对攻角的偏导数，为攻角项力矩系数常数，为舵偏项力矩系数，为舵偏系数，为舵偏角，为角速度项力矩系数，为平均气动弦长，为角速度项力矩系数对攻角的偏导数，为角速度项力矩系数常数，为推力系数对低速节流阀开度偏导数，为节流阀开度，为推力系数常数，为推力系数对高速节流阀开度偏导数。
23、在一个实施例中，将超声速巡航飞行器的动力学模型表示为严格反馈形式，包括：
24、；
25、式中，为节流阀系数，为速度系数，为速度扰动，为高度扰动，为俯仰角系数，为航迹角系数，为航迹角扰动，为俯仰角扰动，为舵偏角系数，为俯仰角速率系数，为俯仰角速率扰动；
26、其中：
27、；
28、式中，为推力系数对节流阀开度偏导数，为参考面积，为舵偏系数。
29、在一个实施例中，设计传递函数，包括：
30、；
31、即：
32、；
33、式中，为微分算子，为目标高度指令，为目标高度，为初始高度，为目标速度指令，为目标速度，为初始速度，为的二阶微分。
34、在一个实施例中，高度子系统的控制律，包括：设计李雅普诺夫函数，构造虚拟控制量，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据目标高度指令，依次反推得到：虚拟航迹角指令、虚拟俯仰角指令、虚拟角速度指令以及舵偏角指令。
35、在一个实施例中，设计李雅普诺夫函数，构造虚拟控制量，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据目标高度指令，依次反推得到：虚拟航迹角指令、虚拟俯仰角指令、虚拟角速度指令以及舵偏角指令，包括：
36、设计李雅普诺夫函数，构造虚拟航迹角指令，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据目标高度指令，反推得到虚拟航迹角指令：
37、；
38、；
39、；
40、；
41、式中，为构造虚拟航迹角指令的李雅普诺夫函数，为高度偏差，为飞行高度，为目标高度指令，为虚拟航迹角指令，为飞行速度，为的导数，为的一阶微分；
42、设计李雅普诺夫函数，构造虚拟俯仰角指令，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据虚拟航迹角指令，反推得到虚拟俯仰角指令：
43、；
44、；
45、；
46、；
47、式中，为构造虚拟俯仰角指令的李雅普诺夫函数，为航迹角偏差，为航迹角，为虚拟俯仰角指令，为俯仰角系数，为航迹角系数，为的导数，为对采用动态面控制技术的结果；
48、设计李雅普诺夫函数，构造虚拟角速度指令，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据虚拟俯仰角指令，反推得到虚拟角速度指令：
49、；
50、；
51、；
52、；
53、式中，为构造虚拟角速度指令的李雅普诺夫函数，为俯仰角偏差，为俯仰角，为虚拟角速度指令，为对采用动态面控制技术的结果，为的导数；
54、设计李雅普诺夫函数，构造舵偏角指令，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据虚拟角速度指令，反推得到舵偏角指令：
55、；
56、；
57、；
58、式中，为构造舵偏角指令的李雅普诺夫本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，获取超声速巡航飞行器的高度指令，并根据超声速巡航飞行器的控制指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制，包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，根据超声速巡航飞行器的控制指令和目标指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制，包括：
4.根据权利要求2或3所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，获取超声速巡航飞行器的动力参数，并构建超声速巡航飞行器的动力学模型，包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，将超声速巡航飞行器的动力学模型表示为严格反馈形式，包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，设计传递函数，包括：
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，高度子系统的控制律，包括：设计李雅普诺夫函数
8.根据权利要求7所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，设计李雅普诺夫函数，构造虚拟控制量，并对李雅普诺夫函数进行求导和变换，根据目标高度指令，依次反推得到：虚拟航迹角指令、虚拟俯仰角指令、虚拟角速度指令以及舵偏角指令，包括：
9.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，速度子系统的控制律包括：
10.根据权利要求3所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，基于递推最小二乘进行参数在线辨识，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，获取超声速巡航飞行器的高度指令，并根据超声速巡航飞行器的控制指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制，包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，根据超声速巡航飞行器的控制指令和目标指令，对超声速巡航飞行器进行高度控制，包括：
4.根据权利要求2或3所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，获取超声速巡航飞行器的动力参数，并构建超声速巡航飞行器的动力学模型，包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于，将超声速巡航飞行器的动力学模型表示为严格反馈形式，包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于反步法的超声速巡航高度控制方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：江振宇，樊晓帅，唐晓斌，张士峰，刘双，杨承业，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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