[发明专利]一种无人机纵向控制律平滑切换方法

权利要求书

1.一种无人机纵向控制律平滑切换方法，针对制导回路控制律中有校正网络，姿控回路控制律中有校正网络的情况，包括以下几个步骤：

步骤一：将校正网络变换成新的表达形式，分离出隐含的积分器；

校正网络和校正网络分别属于制导回路和姿态回路，其中s为拉普拉斯算子，a、b、c、d、a₁、b₁、c₁、d₁为校正网络的系数，将上述两个校正网络变换成以下形式：

1)制导回路中的校正网络：

cs+das+b=ca+(db-ca)·ba·1s1+ba·1s]]>

令

Φ(s)=ba·1s1+ba·1s]]>

将Φ(s)视为单位反馈闭环传递函数，则其开环传递函数为

G(s)=ba·1s]]>

2)姿态回路中的校正网络：

c1s+d1a1s+b1=c1a1+(d1b1-c1a1)·b1a1·1s1+b1a1·1s]]>

令

Φ1(s)=b1a1·1s1+b1a1·1s]]>

将Φ₁(s)视为单位反馈闭环传递函数，则其开环传递函数为

G1(s)=b1a1·1s]]>

步骤二：定义积分器初值变量和中间变量；

1)定义积分器的初值变量

(1)制导回路PID控制器的积分器的初值变量为x₀；

(2)制导回路中校正网络的积分器的初值变量为x₁；

(3)姿控回路中校正网络的积分器的初值变量为x₂；

2)定义中间变量

(1)制导回路中校正网络的输入信号为x_in1；

(2)姿控回路中校正网络的输入信号为x_in2；

(3)姿控回路的输入信号为θ_g；

(4)升降舵舵回路的输入信号为δ_zch；

步骤三：计算积分器初值；

控制律在t_s时刻进行切换，已知由前一组控制律在ts时刻解算出的升降舵舵偏指令为δ_zcq，通过对新的控制律中的积分器赋初值x₀、x₁、x₂，使得由新的控制律在t_s+τ时刻解算出的升降舵舵偏指令δ_zch等于δ_zcq；

以下按照由内到外的顺序分别计算积分器初值x₂、x₁、x₀：

1)姿控回路

在控制律切换时刻，使得以下等式成立：

c1a1·xin2+x2=δzcq]]>

(d1b1-c1a1)·xin2-x2=0]]>

则姿控回路中校正网络的输入值x_in2和积分器的初值x₂分别为

xin2=δzcqc1a1+(d1b1-c1a1)=b1d1·δzcq]]>

x2=(d1b1-c1a1)·xin2=(d1b1-c1a1)·b1d1·δzcq]]>

由于

xin2=kθ·(θg-θ)-kωz·ωz]]>

其中θ为俯仰角，ω_z为俯仰角速度，k_θ为俯仰角反馈增益系数，为俯仰角速度反馈增益系数，

则姿控回路的俯仰角给定值θ_g为

θg=1kθ·(b1d1·δzcq+kωz·ωz)+θ]]>

2)制导回路

在控制律切换时刻，使得以下等式成立：

ca·xin1+x1=θg]]>

(db-ca)·xin1-x1=0]]>

则制导回路校正网络的输入值x_in1和积分器的初值x₁分别为

xin1=θgca+(db-ca)=bd·θg]]>

x1=(db-ca)·xin1=(db-ca)·bd·θg]]>

由于

x_in1＝k_p·(h_g-h)+x₀+k_d·(v_yg-v_y)

其中h_g为高度给定指令，h为高度，v_yg为升降速度给定指令，v_y为升降速度，k_p为高度反馈增益系数，k_d为升降速度反馈增益系数，

则PID控制器中积分器的初值x₀为

x0=bd·θg-kp·(hg-h)-kd·(vyg-vy)]]>

所以积分器初值x₀、x₁、x₂的表达式分别为

x2=(d1b1-c1a1)·b1d1·δzcq]]>

x1=(db-ca)·bd·θg]]>

x0=bd·θg-kp·(hg-h)-kd·(vyg-vy)]]>

其中θg=1kθ·(b1d1·δzcq+kωz·ωz)+θ;]]>

步骤四：将步骤三中计算的积分器初值x₀、x₁、x₂代入需要切换的控制律中的积分器，最终实现两组纵向控制律之间的平稳切换。