[发明专利]一种平流层飞艇的被动容错控制方法

权利要求书

1.一种平流层飞艇的被动容错控制方法，包括以下步骤：

(1)对平流层飞艇进行数学建模；

(2)对飞艇执行机构的故障情况进行数学建模；

(3)基于平流层飞艇和飞艇执行机构的故障情况的数学模型利用反步法和李雅普诺夫稳定性判据进行容错控制器的设计；

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

根据平流层飞艇的布局建立地面坐标系和机体坐标系；

对飞艇进行受力分析后，建立飞艇的运动学方程和动力学方程，其中所述运动学方程包括位置运动学方程和姿态运动学方程其中R_g(γ)和R_r(γ)分别表示公式中的系数矩阵，υ和ω分别表示机体坐标系中飞艇的速度和角速度；

对飞艇的动力学方程进行改写，分成姿态动力学方程和位置动力学方程两部分；

所述步骤(2)具体包括根据容错控制理论对飞艇执行机构的故障情况进行数学建模，使用乘性错误系数和加性错误系数进行表达；

所述步骤(3)包括姿态容错控制器的设计和速度容错控制器的设计；

所述姿态容错控制器的设计使用反步法，具体包括以下步骤：

定义姿态误差变量z₁＝γ-x_1，d和角速度误差变量z₂＝ω-α₁，其中r表示地面坐标系中的飞艇姿态，x_1，d表示期望的姿态角，w表示机体坐标系中的飞艇的角速度，α₁是名义镇定函数；

对姿态误差变量求导，得到，其中，R_γ(γ)表示系数矩阵，α₁₀经过指令滤波后得到的，Δα₁＝α₁-α₁₀；

建立李雅普诺夫函数并对其求导；

对角速度误差变量进行求导，设计执行机构失效的控制律；

对加性错误系数和乘性错误系数的估计误差，建立李雅普诺夫函数并对其求导，令带有估计误差的项相互抵消，得出自适应律；

所述速度容错控制器的设计不需使用反步法，具体包括以下步骤：

改写速度动力学方程，对执行机构部分失效情况下的推力进行表达：其中是乘性错误的估计误差，是待设计的控制量，是加性错误的估计误差；

设计执行机构失效的控制律；

对加性错误系数和乘性错误系数的估计误差，建立李雅普诺夫函数并对其求导，得出自适应律。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括步骤(4)对控制算法进行仿真。