[发明专利]一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法

说明书

本发明提供一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动力学模型；步骤2：基于步骤1建立的系统的动力学模型来建立扩张状态观测器，对滚转角、滚转角速度、干扰力矩进行观测；步骤3：基于步骤2观测的滚转角、滚转角速度、干扰力矩来设计PD控制器，并对干扰力矩进行补偿；步骤4：对步骤2建立的扩张状态观测器以及步骤3建立的控制器进行稳定性证明。该方法对弹体滚转通道动力学模型的分析，进而设计了相应的扩张状态观测器来对弹体飞行过程中的总干扰进行观测，进而实现对干扰的补偿，通过控制器的设计实现了对弹体滚转通道的稳定控制。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法。

背景技术

弹体在精确控制飞行中，弹体滚转通道的稳定性与迅速调整滚转角的能力是能够实现弹体精确对准、稳定飞行控制的关键。弹体在飞行过程中，会受到各种各样的干扰例如气动摩擦产生的干扰力矩、电机轴承间的干扰等等。这些干扰力矩的存在，会降低弹体滚转角控制的精度。弹体重量过大也会给控制带来一定的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，对弹体滚转通道动力学模型的分析，进而设计了相应的扩张状态观测器来对弹体飞行过程中的总干扰进行观测，进而实现对干扰的补偿，通过控制器的设计实现了对弹体滚转通道的稳定控制。

一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动力学模型；

步骤2：基于步骤1建立的系统的动力学模型来建立扩张状态观测器，对滚转角、滚转角速度、干扰力矩进行观测；

步骤3：基于步骤2观测的滚转角、滚转角速度、干扰力矩来设计PD控制器，并对干扰力矩进行补偿；

步骤4：对步骤2建立的扩张状态观测器以及步骤3建立的控制器进行稳定性证明。

优选的方案中，所述步骤1中，以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动力学模型如下：

式中：

J_b——滚转本体的转动惯量；

θ——滚转角；

J_w——反作用飞轮的转动惯量；

Ω——反作用飞轮角速度；

M_d——干扰力矩；

设可得系统表达式：

令x₁＝y，x₃＝f可得系统扩张状态空间表达式如下：

优选的方案中，所述步骤2中，系统扩张状态观测器如下：

式中是对滚转角的观测，是对滚转角速度的观测，是对干扰力矩的观测。

优选的方案中，所述步骤3中，根据扩张状态观测器设计的PD控制器如下：

优选的方案中，所述步骤3中，基于观测到的干扰力矩，进行干扰补偿如下：