[发明专利]一种近空间飞行器的轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明提供一种针对巡航飞行阶段的近空间飞行器NSV(Near Space Vehicle)六自由度十二状态模型,设计一种鲁棒自适应轨迹跟踪控制策略。首先，提出一种全新的动态模型近似方法应用于航迹控制器的设计。其次，利用自适应技术设计一种独立于控制器的干扰估计器。然后，采用动态逆和backstepping方法相结合，分别给出位置、姿态角和角速率控制器的设计方法。其中，应用指令滤波器来避免backstepping设计中微分膨胀问题，并通过补偿项修正由立项指令不能被完全执行所引起的跟踪误差，构造鲁棒项抑制干扰估计误差对轨迹跟踪的影响。下面结合具体的实施例对本发明的上述方法进行详细说明。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域,具体涉及一种六自由度十二状态近空间飞行器的鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法。

背景技术

近空间飞行器(Near Space Vehicle，NSV)具备战略、战术以及效费比等方面的优势，且已经成为21世纪世界航空航天领域一个极其重要的发展方向。目前，NSV的研究已经从概念和原理探索阶段进入以高超声速巡航弹、高超声速飞机、跨大气层飞行器和空天飞机等为应用背景的先期技术开发验证阶段。

众所周知，NSV作为一个新型的飞行器，有着诱人的应用前景。当然动态系统非线性、强耦合、参数快时变给控制带来了新的挑战。由于NSV高速飞行中，位置、空速、航姿和飞行环境之间存在着强耦合特性，航迹角和侧滑角对位置和姿态均有影响，如果将此忽略，这势必会影响飞控系统的跟踪性能，甚至可能破坏NSV的稳定性。因此在NSV飞控系统设计中，考虑航迹和侧滑对飞控系统的影响尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中缺乏对NSV的系统研究，对其进行轨迹跟踪时误差较大、稳定性较差。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种近空间飞行器的轨迹跟踪控制方法，包括：

步骤1.建立近空间飞行器巡航飞行阶段的六自由度十二状态非线性模型；

步骤2.利用在线模型近似方法将所述航迹角回路模型的做近似处理；

步骤3.利用自适应干扰估计算法，获取复合干扰估计值；

步骤4.设计飞行控制器，本步骤与所述步骤3中的自适应干扰估计算法相互独立。

优选地，上述的近空间飞行器的轨迹跟踪控制方法，所述步骤1中的近空间飞行器巡航飞行阶段的六自由度十二状态非线性模型包括:

位置回路模型：

空速模型：

航迹角回路模型：

姿态角回路模型：

角速率回路模型：

优选地，上述的近空间飞行器的轨迹跟踪控制方法，步骤2中，利用在线模型近似方法将所述航迹角回路模型的做近似处理，将所述航迹角回路模型近似为：

优选地，上述的近空间飞行器的轨迹跟踪控制方法，步骤3中利用自适应干扰估计算法，获取的复合干扰估计值包括：

空速模型中的复合干扰估计值：

航迹角回路模型、姿态角回路模型和角速度回路模型中的复合干扰估计值

优选地，上述的近空间飞行器的轨迹跟踪控制方法，所述步骤4中.设计飞行控制器，其包括：

位置控制器：

空速控制器：

航迹控制器：

姿态角控制器：