[发明专利]基于耦合补偿与转换的高超声速飞行器纵向协调控制方法

权利要求书

1.基于耦合补偿与转换的高超声速飞行器纵向协调控制方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1)建立高超声速飞行器纵向系统数学模型，基于耦合度采样方法进行耦合分析；将飞行器纵向系统分解成速度回路、高度回路与姿态回路；

步骤2)基于耦合补偿方法设计速度回路协调控制器；

步骤3)基于协调分层与耦合补偿方法设计高度回路控制器；

步骤4)针对姿态回路的直接导数耦合，采样耦合转换方法设计协调控制器。

2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器纵向协调控制方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：

步骤1-1)建立高超声速飞行器纵向系统数学模型；

H·=V sinγV·=T cosα-Dm-g sinγγ·=L+T sinαmV-g cosγVα·=q-γ·q·=MIyy---(1)]]>

其中V,H,γ,α,q为系统状态变量，分别表示速度、高度、航迹角、攻角与俯仰角速率；Φ,δ_e,δ_c为输入变量，分别为油门开度、左升降舵与鸭翼；L,D为气动力，分别为升力与阻力；T为推力；g为地球重力加速度；M为俯仰力矩；I_yy为惯性积，m为质量；

T=q‾S[CT,Φ(α)Φ+CT(α)]L=q‾SCT(α,β)D=q‾SCD(α,β)M=zTT+q‾cSCM(α,δ)---(2)]]>

其中，C_T,Φ(α)为由油门开度Φ引起的推力气动参数，C_T(α)为攻角α引起的推力系数，C_L(α,δ)为舵面与攻角引起的升力系数，C_D(α,δ)为舵面与攻角引起的阻力系数，C_M(α,δ)为舵面与攻角引起的俯仰力矩系数，δ＝[δ_c,δ_e]^T为控制舵面，z_T为推力系数，为动压，c,S为参考面积与长度；

CT,Φ(α)=CTΦα3α3+CTΦα2α2+CTΦαα+CTΦCT(α)=CT3α3+CT2α2+CT1α+CT0CM(α,δ)=CMα2α2+CMαα+CMδcδc+CMδeδe+CM0CL(α,δ)=CLαα+CLδeδe+CLδcδc+CL0CD(α,δ)=CDα2α2+CDαα+CDδc2δc2+CMδe2δe2+CDδcδc+CDδeδe+CD0---(3)]]>

其中为攻角与油门共同引起的推力系数；为攻角引起的推力系数；为攻角引起的俯仰力矩系数；为控制舵面引起的力矩系数；为攻角引起的升力系数；为控制舵面引起的升力系数；攻角引起的阻力系数；为控制舵面引起的阻力系数；

步骤1-2)运用闭环采样统计方法，得到采样统计函数和λ(ψ_i)，和ψ_i是一个系统的两个变量组，其中，j＝1,2,…,m；i＝1,2,…,n；λ(ψ_i)表示为的函数：

其中a_ij是描述对ψ_i影响程度的系数，E是采样点个数，ψ_ik和分别是ψ_i和第k个采样点的值，和分别是ψ_i和的采样均值；

同理，表示为λ(ψ_i)的函数：

其中b_ji是描述ψ_i对影响程度的系数；

则和ψ_i之间的耦合度定义为

η_ij＝a_ij·b_ji (4)

步骤1-3)基于耦合度采样方法，获取纵向模型状态变量间的耦合度：

其中η表示[V,h,γ,α,q]与[Φ,δ_e,δ_c]之间的耦合度，χ表示[H,V]与[γ,α,q]之间的耦合度，σ表示α与[γ,q]之间的耦合度。