[发明专利]一种基于功率谱的无人机控制律鲁棒性评估方法

说明书

本发明公开了一种基于功率谱的无人机控制律鲁棒性评估方法，步骤：在测试评估前，分析待评估的无人机控制律的控制结构；选择测试信号参数以及测试信号注入点；选择信号采样点以及采样参数；利用采样数据求取输入信号的自功率谱和输入输出信号的互功率谱，得到系统开环频率响应，求取系统稳定裕度，判断无人机控制律的鲁棒性。本发明解决了在非线性环境中控制律鲁棒性难以评估的问题，由于考虑了非线性环节，相较于设计环节中利用线性化无人机模型评估控制律更加准确，更具有参考价值。

技术领域

本发明属于航空器飞行控制技术领域，特别涉及了一种无人机控制律鲁棒性评估方法。

背景技术

目前，随着无人机的不断发展，无人机飞行的环境也变得更为复杂，为保障飞行安全和提高飞行性能，先进的控制技术也不断应用到飞行控制系统中，飞行控制律的设计也趋于复杂，呈现多模态、多约束、多准则、高风险的特征。

传统控制律分析和设计的流程：首先进行无人机对象建模和特性分析，选取相应配平点，对无人机模型进行线性化，然后根据线性化模型进行控制律设计，包括控制结构选择、控制律设计以及控制参数调整。由此可见，传统控制律设计是基于无人机线性化模型设计的。但往往出现这样一种情况，在设计阶段控制律具有较好的鲁棒性，在实际飞行过程中有可能表现出鲁棒性不足的情况，原因是无人机本质上是非线性系统，控制律在某些情况下具有一定的局限性。因此，设计一种评估无人机控制律在非线性环境中鲁棒性是否满足要求的方案具有重要的实际工程价值。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种基于功率谱的无人机控制律鲁棒性评估方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种基于功率谱的无人机控制律鲁棒性评估方法，包括以下步骤：

(1)在测试评估前，分析待评估的无人机控制律的控制结构；

(2)选择测试信号参数以及测试信号注入点；

(3)选择信号采样点以及采样参数；

(4)利用采样数据求取输入信号的自功率谱和输入输出信号的互功率谱，得到系统开环频率响应，求取系统稳定裕度，判断无人机控制律的鲁棒性。

进一步地，在步骤(1)中，无人机控制律包括横向控制律和纵向控制律；横向控制律包括俯仰角控制内回路、高度变化率控制回路和高度控制回路；纵向控制律包括滚转角控制回路、航迹角控制回路、侧向速度控制回路和侧偏控制回路。

进一步地，在步骤(2)中，所述测试信号采用M序列。

进一步地，在步骤(2)中，所述测试信号参数包括测试信号的时钟频率、信号长度、幅值和周期个数。

进一步地，在步骤(2)中，测试信号的时钟频率为系统截止频率的5～10倍；测试信号的信号长度大于系统的过渡时间；测试信号的幅值小于等于其最大值的5％；在测试允许范围内，测试信号的周期个数至少为3个。

进一步地，在步骤(2)中，存在两种测试信号注入点，一种是在指令环节注入，另一种是在反馈信号环节注入；若测试的环节是无人机控制律的内回路，则需要断开相应的外回路。

进一步地，在步骤(3)中，根据频率分辨率，选择采样间隔、采样点数和采样时间。

进一步地，步骤(4)的具体过程如下：

(401)确定求取功率谱的方法；

(402)求取采样输入信号的自功率谱；

(403)求取采样输入输出信号的互功率谱；

(404)利用自功率谱和互功率谱，求取系统的开环频率响应，绘制Bode图，得到系统的稳定裕度，包括幅值裕度和相角裕度；