[发明专利]一种飞机推出模糊滑模控制方法

权利要求书

1.一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于一种飞机推出模糊滑模控制方法具体是按照以下步骤进行的：

步骤一：分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程建模的假设条件；

其中，飞机离港过程的约束条件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞机离港过程建模做如下假设条件为：飞机都取相同的最小尾流安全距离；

步骤二：运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞机离港过程看作一个串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长度和飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间

步骤三：采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场地面信息，并将机场地面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地面信息的模拟信号转化为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率λ₁和λ₂、单位时间内滑行道和跑道的服务率μ₁和μ₂；

步骤四：根据步骤三中的数字信号利用和计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t)；

步骤五：将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数量U(t)；

步骤六：将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑模控制器中；如果切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，将U(t)直接输出；如果切换增益不能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，对U(t)进行纠正得到可靠值U′(t)，并将纠正后的U′(t)输出给执行结构，其中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的U(t)或U′(t)统称为N(t)；

步骤六中对U(t)进行纠正得到可靠值U′(t)的具体过程：

(1)滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数值，表示如下：

$\stackrel{\·}{Q}\left(t\right)=\frac{Q\left(t\right)-Q(t-1)}{T}=-{\mathrm{\μ}}_2+\frac{U\left(t\right)+d\left(t\right)}{T}$

其中：Q(t)——当前串联排队系统中飞机平均排队长度；

Q(t-1)——单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度；

T——单位时长；

μ₂——跑道服务率；

U(t)——推出飞机数量；

d(t)——未知干扰，即推出飞机数量的误差；

(2)确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际排队长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S(t)为：

$S\left(t\right)=cE\left(t\right)+\stackrel{\·}{E}\left(t\right)$

式中：E(t)——当前各飞机排队长度误差；

——当前各飞机排队长度误差的导数，

系数c大于0，且满足Hurwitz条件；

(3)Lyapunov函数为：

$V=\frac{1}{2}{S}^2$

其中，S为切换函数即S(t)；

且，

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{S}=c\stackrel{\·}{E}\left(t\right)+\stackrel{\·\·}{E}\left(t\right)=c\frac{Q\left(t\right)-Q(t-1)}{T}+\frac{\stackrel{\·}{E}\left(t\right)-\stackrel{\·}{E}(t-1)}{T}\\ =c\frac{Q\left(t\right)-Q(t-1)}{T}+\frac{Q\left(t\right)-Q(t-1)-\[Q(t-1)-Q(t-2)\]}{T^2}\\ =c\stackrel{\·}{Q}\left(t\right)+\frac{Q\left(t\right)-Q(t-2)}{T^2}\\ =c\[-{\mathrm{\μ}}_2+\frac{U\left(t\right)+d\left(t\right)}{T}\]+\frac{Q\left(t\right)-Q(t-2)}{T^2}\end{array}$

则，

$\stackrel{\·}{V}=S\stackrel{\·}{S}=S\{c\[-{\mathrm{\μ}}_2+\frac{U\left(t\right)+d\left(t\right)}{T}\]+\frac{Q\left(t\right)-Q(t-2)}{T^2}\}$

(4)滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律为：

$U\left(t\right)={\mathrm{\μ}}_{2}T-\frac{Q\left(t\right)-Q(t-2)}{cT}+K\left(t\right)\mathrm{sgn}\left(S\right)$

取

K(t)＝max|d(t)|+η，η>0，η为误差项；

(5)若S>0，S为切换函数即S(t)，则sgn(S)＝1；若S＝0，则sgn(S)＝0；若S<0，则sgn(S)＝-1；

将控制律U(t)带入中，得

$\stackrel{\&CenterDot;}{V}=S\{c\&lsqb;\frac{K\left(t\right)\mathrm{sgn}\left(S\right)+d\left(t\right)}{T}\&rsqb;\}=\frac{c}{T}\left(K\right(t\left)\right|S|+d(t\left)S\right)\&le;\frac{c}{T}\mathrm{\&eta;}\left|S\right|---\left(1\right)$

K(t)值必须足以消除不确定项的影响，才能保证滑模存在条件成立；由此可得模糊规则如下：

若则增大K(t)；

若则减小K(t)；从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件成立；

(6)采用二维模糊控制器计算△K(t)；

a、确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和输出为△K(t)，即推出飞机数量的变化量△U(t)；

b、确定输入参数S的论域、输入参数的论域、输出参数△K(t)的论域、输入参数S的相应语言值、输入参数的相应语言值、输出参数△K(t)的相应语言值、输入参数S的模糊子集、输入参数的模糊子集和输出参数△K(t)的模糊子集；

c、确定输入参数S的隶属度、输入参数的隶属度和输出参数△K(t)的隶属度；

d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照模糊控制原理进行计算得到△K(t)，即为推出飞机数量变化量△U(t)；

(7)对U(t)进行纠正得到可靠值U′(t)具体为：U′(t)＝U(t)+△K(t)；

步骤七：模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t)的数字信号转化成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信息的电子设备发送推出指令；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。