[发明专利]一种近空间飞行器的姿态跟踪控制方法

说明书

本发明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姿态跟踪控制器的设计。其次，设计基于hermite多项式自组织神经网络干扰观测器SHNNDO(Self‑organizing Hermite‑polynomial‑basedNeural Network Disturbance Observer)。然后，设计基backstepping滑模控制器，分别给出姿态跟踪控制器的设计方法。该方法不仅能够实现干扰的有限时间估计，同时也能够实现姿态跟踪误差有限时间收敛于零，增强了闭环NSV系统的鲁棒性。

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基于backstepping滑模姿态跟踪控制方法。

背景技术

近空间飞行器(Near Space Vehicle，NSV)是指工作于近空间，并完成一定任务的飞行器。近空间飞行器具有卫星、飞机、战术导弹等各方面的特点，是未来各国争夺制天/空权的重要战略性武器。与传统飞机相比，NSV具有驻空时间较长、覆盖范围大、生存能力强和性价比高等优点，但其观察范围小，受相关国家领空权的限制。NSV作为一个新型的飞行器，有着诱人的应用前景，具有强耦合性、快时变性、强非线性等特点。NSV在执行爬升、降落、机动规避、巡航侦查等各项任务过程中遇到的恶劣环境，会使其对高度、外形、马赫数等因素更为敏感。因此，对NSV飞行姿态控制稳定性的研究至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种近空间飞行器的姿态跟踪控制方法，解决现有技术中对NSV运行轨迹跟踪时误差较大、稳定性较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种近空间飞行器的姿态跟踪控制方法，包括以下步骤：

S1、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；

S2、设计基于hermite多项式自组织神经网络干扰观测器，获取复合干扰估计值；

S3、基于backstepping滑模控制器设计姿态跟踪控制器。

进一步地，所述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:

姿态角回路模型：

角速率回路模型：

上式中的各变量表示的含义如下：

Ω＝[α,β,μ]^T，α为飞行器的攻角，β为飞行器的侧滑角，μ为飞行器的滚转角，V为空速，ω＝[p,q,r]^T,p为滚转角速率，q为俯仰角速率，r为偏航角速率，M＝[l_ctrl,m_ctrl,n_ctrl]，l_ctrl、m_ctrl和n_ctrl分别为滚转、俯仰和偏航方向上的控制力矩，T为发动机推力，d_s和d_f为对应回路的复合干扰。

进一步地，所述设计基于hermite多项式自组织神经网络干扰观测器，获取复合干扰估计值，具体如下：

针对受扰仿射非线性近空间飞行器(17)，在假设复合干扰D_s和D_f未知有界的条件下，设计SHNNDO(29)，自适应律(30)如下