[发明专利]考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转稳定控制系统及方法，该系统中添加有用于观测舵机失效及气动扰动的自适应二阶观测部分和二阶滑模旋转稳定控制部分，使得该旋转稳定控制模块能够在飞行器出现舵机失效或气动扰动情况下控制飞行器，实现飞行器旋转通道稳定。通过自适应二阶观测器对舵机失效及气动扰动进行观测，并通过状态方程中引入考虑舵机失效及气动扰动来给出更为合理的控制指令，进而通过控制指令抵消舵机失效及气动扰动对飞行器旋转稳定的不良影响，通过在控制律中引入二阶滑模面，来保证旋转角及旋转角速度准确收敛至期望值。

技术领域

本发明涉及旋转稳定控制技术领域，具体涉及一种考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制系统及方法。

背景技术

在飞行器旋转稳定控制领域，舵机失效是诸多设备扰动之中最为严重的一种，由于大多数飞行器是依靠舵机对机体进行控制，一旦出现舵机失效，轻则会影响机体稳定，重则会引起机体失控，造成无法预料的严重后果。

气动扰动是影响飞行器旋转稳定的诸多因素之中较为常见的一种，尤其是飞行器在做大攻角机动时，气动力呈现明显的非线性特性，一旦出现旋转失效，仍然会影响机体稳定，甚至引起机体失控。考虑舵机失效及气动扰动是当前飞行器旋转稳定控制系统设计过程中无法回避的问题。

由于上述原因，本发明人对现有的飞行器旋转稳定控制系统做了深入的研究，设计出一种能够解决上述问题的考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转稳定控制系统及方法。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转稳定控制系统及方法，该系统中添加有用于观测舵机失效及气动扰动的自适应二阶观测部分和二阶滑模旋转稳定控制部分，使得该旋转稳定控制模块能够在飞行器出现舵机失效或气动扰动情况下控制飞行器，实现飞行器旋转通道稳定。通过自适应二阶观测器对舵机失效及气动扰动进行观测，并通过状态方程中引入考虑舵机失效及气动扰动来给出更为合理的控制指令，进而通过控制指令抵消舵机失效及气动扰动对飞行器旋转稳定的不良影响，通过在控制律中引入二阶滑模面，来保证旋转角及旋转角速度准确收敛至期望值，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提一种考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制系统及方法，系统能够观测舵机失效及气动扰动对飞行器旋转通道稳定性的影响，在考虑舵机失效及气动扰动对飞行器旋转通道稳定性影响的情况下提供用于控制飞行器的舵机控制律，从而使得飞行器旋转通道稳定；其中，所述控制系统通过下式(一)解算舵机控制律，

本发明所具有的有益效果包括：

(1)在根据本发明提供的考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制系统及方法中，在考虑舵机失效及气动扰动的基础上进行旋转控制，并保证飞行器旋转通道的稳定；

(2)在根据本发明提供的考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制系统及方法中，引入了自适应二阶观测器对舵机失效及气动扰动进行观测，获得准确扰动估计值；

(3)在根据本发明提供的考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转稳定控制系统及方法中，引入了变量滑模面，来保证旋转角及旋转角速度准确收敛至期望值

(4)在根据本发明提供的考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转稳定控制系统及方法中，能够在有限时间实现对飞行器旋转稳定控制，达到快速控制的目的，具有极高的工程实践价值。

附图说明

图1示出本发明实验例1中，利用考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制方法在不同攻角的气动系数下获得的旋转角变化曲线；

图2示出本发明实验例1中，利用考虑舵机失效及气动扰动的飞行器旋转控制方法在不同攻角的气动系数下获得的旋转角速度变化曲线；