【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机的控制，具体涉及一种车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其为一种具有对称时变翼展的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法。
技术介绍
1、由于车体空间的限制，车载无人机的体积和重量一般较小，这一问题严重阻碍了车载无人机的发展与应用。
2、为了解决这一问题，不少学者将研究目标聚焦于可变翼展的无人机。这一类型的无人机可通过收起机翼来减小占地面积，方便部署在地面车辆上。而当执行任务时，可以展开无人机机翼，使其能够正常飞行。此外，可变翼展无人机能够在不同的飞行环境和飞行任务中主动或被动地改变机翼长度，确保在不同的飞行阶段始终具有优异的飞行性能，从而提高环境适应能力，满足大范围、多任务场景下的性能需求。
3、变翼展无人机的上述优势和潜力使其得到了许多国家的关注，在如何设计合理可行的变形机构方面开展了大量工作，以实现期望的结构变形。然而，在飞行过程中机翼发生变形时，如何协调变形机构控制与飞行器自身运动控制，使飞行器运动性能不被破坏，还需要进一步的研究和探索。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是：为了解决上述控制问题，如何提出一种针对对称时变翼展的车载无人机的纵向自适应控制方法。
3、(二)技术方案
4、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，所述纵向自适应控制方法包括以下步骤：
5、第一步，建立包含翼展变形率的纵向非线性动力学模
6、第二步，对纵向非线性动力学模型进行线性化处理，建立增量纵向线性动力学模型；
7、第三步，基于模型参考自适应方法，设计翼展变形率控制器、纵向控制器以及自适应参数估计器；
8、第四步，选取合适的李雅普诺夫函数进行稳定性分析。
9、其中，所述第一步中，针对两侧对称且同步变化的车载变翼展无人机，以飞行高度、飞行马赫数以及翼展变形率为工作点，在飞行包线内不同工作点处对纵向气动参数进行拟合；参照常规无人机的动力学建模过程，建立车载变翼展无人机的纵向非线性动力学模型。
10、其中，所述第二步中，选择翼展变形率为变参数，利用雅可比线性化方法对已建立的纵向非线性动力学模型进行线性化处理，以翼展变形率ξ、升降舵偏角增量δδe以及油门开度增量δδt作为控制输入，以飞行速度增量δv、迎角增量δα、俯仰角增量δθ、俯仰角速度增量δq和飞行高度增量δh为系统状态，建立增量纵向线性动力学模型。
11、其中，所述第二步中，所述增量纵向线性动力学模型如下：
12、
13、δy(t)＝δx(t),
14、其中，a0、b和c是已知的线性化矩阵，δa(t)是未知的慢变扰动矩阵，a(t)是未知矩阵，满足a(t)＝a0+δa(t)，δx(t)＝[δv,δα,δθ,δq,δh]t为状态向量，u1(t)＝ξ，ξ是可调控的翼展变形率，u2(t)＝δu(t)＝[δδe,δδt]t，δδe是升降舵偏角增量，δδt是油门开度增量，
15、δx(t)＝x(t)-xe(t),
16、δy(t)＝y(t)-ye(t),
17、xe(t)和ye(t)是平衡点配平状态，y(t)＝x(t)＝[v,α,θ,q,h]t，v为飞行速度，α为迎角，θ为俯仰角，q为俯仰角速度，h为飞行高度。
18、其中，所述第三步中，利用模型参考自适应方法设计控制器，参考模型设计为：
19、
20、其中，r是参考轨迹，xr是参考模型的状态量；
21、参考模型中的矩阵a*和b*的选取方法如下：
22、利用雅可比线性化方法和计算软件matlab，解算各个平衡点处的线性化矩阵a0、b和c；利用已知的线性化矩阵a0、b和c，选取合适的k1、k2、k3*、正定矩阵p、q以及特征值实部均为负的矩阵a*，使得
23、a*＝a0+ck1+bk2,
24、b*＝b*k3*,
25、
26、其中，由矩阵a和矩阵b构成的线性系统是可控的；根据线性系统理论中的多输入系统极点配置定理可知，矩阵a+bk的特征值可以通过选取合适的k来任意配置；因此，必然存在k1*(t)和k2*(t)，使得：
27、a*＝a(t)+ck1*(t)+bk2*(t).
28、此外，根据δa(t)的慢变性质可以得知，k1*(t)和k1*(t)对时间的导数有界，即和有界。
29、其中，所述第三步中，翼展变形率控制器设计如下：
30、翼展变形率控制器设计为：
31、
32、其中，是对k1*的估计值。
33、其中，所述第三步中，纵向控制器设计为：
34、
35、其中，是对k2*的估计值，是对k3*的估计值，
36、
37、
38、其中，所述第三步中，自适应参数估计器和的更新律设计为：
39、
40、
41、
42、
43、其中，proj(τ)是投影算子，和k1分别是估计值的上界和下界，e＝δx-xr，δx是纵向线性动力学模型的状态向量，γ1、γ2、κ2、γ3和κ3为正常数，k20∈r2×5和k30∈r2×2为常数矩阵。
44、(三)有益效果
45、本专利技术技术方案考虑车载无人机翼展长度可主动调整，且无法精确获得机体参数和气动参数的情况，提出了一种以翼展变形率、升降舵偏角增量以及油门开度增量为控制输入的纵向自适应控制方法，突破了传统控制方法无法应对机身变化以及参数未知的问题，增加了控制参数自由度，降低了应用中调节控制参数的难度，提高了车载无人机的稳定性和可靠性。
46、与现有技术相比较，本专利技术的特点以及有益效果是：
47、(1)利用本专利技术提出的一种车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，针对一类两侧对称且同步变化的车载变翼展无人机，可以在特定性能下实现对参考轨迹的跟踪；
48、(2)本专利技术将翼展变形率作为控制输入，增加了可调控制参数的数量，便于在实际应用中选取控制器参数，并提高了闭环系统的可靠性；
49、(3)本专利技术应用自适应技术自动调整控制器增益，不需要精确获取纵向动力学系统的未知参数，便于工程实现；
50、(4)本专利技术可以通过调整控制器参数，减小纵向飞行状态对参考信号的跟踪误差。
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1.一种车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述纵向自适应控制方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第一步中，针对两侧对称且同步变化的车载变翼展无人机，以飞行高度、飞行马赫数以及翼展变形率为工作点，在飞行包线内不同工作点处对纵向气动参数进行拟合；参照常规无人机的动力学建模过程，建立车载变翼展无人机的纵向非线性动力学模型。
3.如权利要求2所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第二步中，选择翼展变形率为变参数，利用雅可比线性化方法对已建立的纵向非线性动力学模型进行线性化处理，以翼展变形率ξ、升降舵偏角增量Δδe以及油门开度增量Δδt作为控制输入，以飞行速度增量ΔV、迎角增量Δα、俯仰角增量Δθ、俯仰角速度增量Δq和飞行高度增量Δh为系统状态，建立增量纵向线性动力学模型。
4.如权利要求3所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第二步中，所述增量纵向线性动力学模型如下：
5.如权利要求4所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制
6.如权利要求5所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第三步中，翼展变形率控制器设计如下：
7.如权利要求6所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第三步中，纵向控制器设计为：
8.如权利要求7所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第三步中，自适应参数估计器和的更新律设计为：
9.如权利要求8所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述方法属于无人机的控制技术领域。
10.如权利要求9所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述方法为一种具有对称时变翼展的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述纵向自适应控制方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第一步中，针对两侧对称且同步变化的车载变翼展无人机，以飞行高度、飞行马赫数以及翼展变形率为工作点，在飞行包线内不同工作点处对纵向气动参数进行拟合；参照常规无人机的动力学建模过程，建立车载变翼展无人机的纵向非线性动力学模型。
3.如权利要求2所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法，其特征在于，所述第二步中，选择翼展变形率为变参数，利用雅可比线性化方法对已建立的纵向非线性动力学模型进行线性化处理，以翼展变形率ξ、升降舵偏角增量δδe以及油门开度增量δδt作为控制输入，以飞行速度增量δv、迎角增量δα、俯仰角增量δθ、俯仰角速度增量δq和飞行高度增量δh为系统状态，建立增量纵向线性动力学模型。
4.如权利要求3所述的车载变翼展无人机的纵向自适应控制方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩震，韩卫波，姜雨彤，鲍珂，王莹，解芳，孙晓霞，岳文斌，沈丽丽，周悦，张欣然，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：
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