[发明专利]一种基于角速率的飞翼布局无人机控制律

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于角速率的飞翼布局无人机控制律，具体涉及一种角速率控制律和航路跟踪制导律。

背景技术：

飞翼布局无人机在导弹拦截、突防打击等方面具有重要的应用价值，小展弦比、大后掠的气动布局提高了其飞行速度和响应能力，同时也扩大了飞行速度和高度的变化范围，对飞行控制律提出更高的要求。随着飞行高度增加，空气越来越稀薄，从而导致飞机自身的阻尼力矩也越来越小。这样一来，飞机自身角运动的阻尼将下降，机头出现摆动现象，使得飞机难以完成瞄准和射击等任务。因此必须加入飞行控制系统来满足大包线、高机动的性能。过去以姿态角比例－积分控制为内回路的控制律难以克服飞翼布局无人机横滚操纵效率高、稳定性差所产生的控制问题。

发明内容：

为了实现飞翼布局无人机的稳定控制，本发明提供了一种基于角速率控制的纵横向控制律和制导律，能够平滑、稳定且快速地跟踪姿态角控制指令和任务航路。

本发明的技术方案是：一种基于角速率的飞翼布局无人机控制律，分别设计纵向和横航向的控制律，在俯仰角和高度控制中增加了以俯仰角速率、高度变化率为控制目标的纵向控制律；在滚转角控制中增加了以滚转角速率为控制目标的横航向控制律。本发明运用鲁棒伺服LQR理论设计俯仰角速率控制律和滚转角速率控制律，将角速率偏差量引入到系统中，通过将偏差量调节为零，使系统状态变量跟踪控制指令；依据回路内外环带宽匹配关系，结合根轨迹设计方法，设计姿态角控制律，将姿态角偏差信号作为角速率控制回路的输入信号，姿态角控制指令由外回路制导律给定，实现稳定跟踪任务航路；在制导回路中，增加高度变化率控制回路增加无人机长周期阻尼，增加航迹控制回路增强横航向阻尼。

本发明以角速率为控制目标，结合鲁棒伺服LQR控制理论，可以增强姿态控制回路的阻尼，缓和舵面输出对系统的冲激效应，减小系统超调量，达到稳定控制飞翼布局无人机飞行的目的。

本发明取得的有益收效是：降低了系统响应的超调量，使无人机快速跟踪预订任务航路，增强了系统的鲁棒性。

附图说明：

图1是飞翼布局无人机控制律结构图；

图2是俯仰角速率控制律结构图；

图3是俯仰角控制律结构图；

图4是高度控制律结构图；

图5是滚转角控制律结构图；

图6是侧偏距控制律结构图；

图7是航迹角速率控制律结构图。

具体实施方法：

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本文中各参数的定义如下表：

图1是本发明的无人机纵向控制律结构图，包含俯仰角速率控制律回路、俯仰角控制回路和高度控制回路，如图2、图3、图4所示。

角速率控制律采用鲁棒伺服LQR控制理论设计，将角速率偏差量引入到系统中，通过将偏差量调节为零，使系统状态变量跟踪控制指令，同时保证快速性和鲁棒性；将积分环节放到角速率控制回路中可以更好地抑制外界干扰对系统的影响。

俯仰角速率控制律如式1所示，在比例－积分控制结构的基础上增加了前馈控制环节，将有助于加快系统响应速度，在峰值时间之后，响应衰减较小且变化平缓，从而保证后续俯仰角控制律控制响应的平滑性。

δe=KeIQ∫(Q-Qg)dt+KeQQ]]>(1)式

其控制结构如图2所示，对俯仰角速率偏差信号(Q-Q_g)做比例-积分和限幅处理，对仰角速率信号(Q)做比例处理，两项处理结果相加，实时结算得到升降舵控制信号(δ_e)。