【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器控制器，尤其涉及一种宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法。
技术介绍
1、宽速域飞行器飞行范围较宽、速度跨度较大，在飞行过程中飞行器横航向具有强耦合、高度非线性以及由参数测量/计算偏差引发的模型不确定等特性，在不同飞行状态下的运动模型不但存在较大差异，而且静稳定度变化范围较大，造成准确建立描述其运动特性的数学模型难度较大，因而常规线性控制方法很难解决宽速域飞行器全速域范围内的横航向增稳控制问题。
2、滑模控制依靠不连续控制以及闭环系统不固定结构迫使系统相轨迹沿着规定的状态轨迹做小幅度、高频率的切换运动，可对开环系统进行降阶，使得闭环系统对外部干扰不敏感，显著提升闭环系统的鲁棒性。得益于这些优点，滑模控制在宽速域飞行器横航向控制领域受到青睐。但是常规滑膜控制方法存在高频抖振、闭环鲁棒性差以及模型依赖程度较高等问题。
3、有鉴于此，亟需提供一种解决宽速域飞行器常规滑膜控制方法抖振、模型依赖等问题的宽速域飞行器横航向控制器方法。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，以解决相关技术中宽速域飞行器滑膜控制方法抖振、模型依赖的技术问题。
2、本说明书一个或多个实施例提供了一种宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，包括步骤：
3、将宽速域飞行器横航向运动模型进行降阶和简化，获得航向二阶的荷兰滚模型和横向一阶的滚转模型；
4、设计不考虑非匹配干扰
5、设计动态面计算期望角加速度，并与侧滑角滑模控制器根据期望侧滑角和实际侧滑角通过侧滑角控制器的计算，并将结果同时反馈至偏航角速率控制器，偏航角速率控制器根据期望偏航角速率和实际偏航角速率通过偏航角速率控制器的计算结果实现方向舵的控制，且将确定的偏航角速率控制器确定的侧滑角跟踪误差反步补偿反馈至侧滑角滑模控制器；
6、通过滚转控制器根据期望滚转角、实际滚转角和滚转角速率通过滚转控制器生成的滚转角信号实现滚转舵的控制。
7、进一步的，所述荷兰滚模型如下式：
8、
9、上式中，β为侧滑角，fβ为侧滑角的非匹配干扰，ωy1为偏航角速度，fr为偏航角速度匹配干扰，br为方向舵操纵效率，δr为方向舵偏角；
10、令βd和rd分别为期望侧滑角和偏航角速率信号，且er＝ωy1-ωy1d；
11、滚转模型如下式：
12、
13、上式中，γ为滚转角，ωx1为滚转角速度，fp为滚转角速度匹配干扰，bp为副翼操纵效率，δa为副翼舵偏；令φd和pd分别为期望滚转角速率和滚转角速率，记eφ＝φ-φd，则有以及
14、进一步的，所述侧滑角控制器的设计包括步骤：
15、取滑模面s1＝eβ，定义李雅普诺夫函数不考虑侧滑角的非匹配干扰fβ，等式两边对时间求导可得：
16、
17、式中，ωyld为期望偏航角速率；
18、采用滑模面指数趋近律，设计期望偏航角速率为：
19、ωy1d＝-kβeβ-ηβ·sign(eβ)；
20、式中，控制增益kβ>0、ηβ>0；
21、考虑非线性项fβ的补偿的期望偏航角速率为：
22、
23、进一步的，所述偏航角控制器的设计包括步骤：
24、取滑模面s2＝er，定义李雅普诺夫函数不考虑偏航角速率匹配干扰fr，等式两边对时间求导可得：
25、
26、式中，为偏航角速度的导数信号；
27、采用滑模面指数趋近律，设计方向舵偏角的偏转规律为：
28、
29、式中，控制增益kr>0、ηr>0；
30、考虑偏航角速率匹配干扰fr的方向舵偏转规律为：
31、
32、进一步的，所述动态面的设计包括步骤：
33、设计二阶线性系统估计偏航角速率的导数信号
34、
35、式中，ω2>0，为二阶线性系统的频率，y1和y2为二阶系统的状态，且y1跟踪ωy1d，y2跟踪
36、则动态面改进反步技术的方向舵滑模控制器设计为：：
37、
38、式中，控制增益kr>0、ηr>0，br为方向舵操纵效率，er＝ωy1-ωy1d，βd为期望侧滑角，β为实际侧滑角，ωy1为实际偏航角速度，ωyld为期望偏航角速率。
39、进一步的，所述侧滑角的非匹配干扰fβ设计如下：
40、设计fβ的估计器，选择如下的标称模型：
41、βm(k+1)＝βm(k)+t·r(k)；
42、则有：
43、
44、的计算公式如下：
45、
46、式中，η和μ为干扰估计器参数，δy为待估计状态的估计值与测量值的偏差，δu表示输入量估计值与测量值的误差。
47、进一步的，所述偏航角速率匹配干扰fr设计如下：
48、设计fr的估计器，选择如下的标称模型：
49、rm(k+1)＝rm(k)+t·δy(k)；
50、则有：
51、
52、的计算公式如下：
53、
54、式中，η和μ为干扰估计器参数，δy为待估计状态的估计值与测量值的偏差，δu表示输入量估计值与测量值的误差。
55、进一步的，所述滚转角速率控制器的设计包括步骤：
56、取滑模面cφ>0为滑膜面参数；
57、定义李雅普诺夫函数不考虑滚转角速率匹配干扰fp，等式两边对时间求导可得：
58、
59、采用滑模面指数趋近律，设计期望滚转角速率为：
60、
61、式中，控制参数kφ>0、ηφ>0；
62、设计副翼偏转规律为：
63、
64、滚转角速率匹配干扰fp补偿的滚转舵偏转规律为：
65、
66、进一步的，所述滚转角速率匹配干扰fp设计如下：
67、选择如下标称模型：
68、ωx1m(k+1)＝ωx1m(k)+t·δa(k)；
69、则有：
70、
71、的计算公式如下：
72、
73、式中，η和μ为干扰估计器参数，δy为待估计状态的估计值与测量值的偏差，δu表示输入量估计值与测量值的误差。
74、本公开提供的一种宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，点在于，将横航向运动模型进行降阶，转换成航向二阶简化模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述荷兰滚模型如下式：
3.如权利要求2所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述侧滑角控制器的设计包括步骤：
4.如权利要求3所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述偏航角控制器的设计包括步骤：
5.如权利要求3所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述动态面的设计包括步骤：
6.如权利要求4所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述侧滑角的非匹配干扰fβ设计如下：
7.如权利要求2所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述偏航角速率匹配干扰fr设计如下：
8.如权利要求2所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述滚转角速率控制器的设计包括步骤：
9.如权利要求8所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计
...【技术特征摘要】
1.一种宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述荷兰滚模型如下式：
3.如权利要求2所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述侧滑角控制器的设计包括步骤：
4.如权利要求3所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述偏航角控制器的设计包括步骤：
5.如权利要求3所述的宽速域飞行器横航向新型滑膜控制器设计方法，其特征在于，所述动...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宁，白鹏，王荣，蒋增辉，刘传振，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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