[发明专利]一种基于模型参考滑模变结构控制的巡飞弹控制方法

说明书

本发明是一种新式变体巡飞弹飞行系统控制方法，首先对变体巡飞弹建模过程进行了研究，分析出了变体巡飞弹在不同速度、后掠角运动状态下主要气动力参数的变化规律，得到了变体巡飞弹包含了形变参数的线性状态空间模型；研究变体巡飞弹基于模型参考滑模变结构控制飞行控制律设计，有效抑制了外界强扰动的干扰，提高了变体巡飞弹的控制效果。

技术领域

本发明属于巡飞弹新型自适应控制方法，利用在一般滑模变结构控制方法与模型参考自适应控制方法相结合的模型参考滑模变结构控制方法，对巡飞弹变体、变形控制过程中的不确定性和外界强扰动进行抑制，提高了变体巡飞弹变形过程中的稳定性和鲁棒性。

背景技术

近年来中东战场中，有一种新式武器它兼具无人机的快速灵活与导弹的精确制导，成为了现代战争的新宠儿，他就是结合了巡飞弹和变体飞行器技术的变体巡飞弹。它能够根据多变的作战需求在飞行过程中主动改变结构和外形以获取最佳飞行性能，变体巡飞弹在飞行过程中气动参数、力矩和转动惯量等发生了较大变化，使得变体巡飞弹具有较强非线性与不确定性，一般经典控制方法不再能有效对其进行飞行控制。

变体巡飞弹飞行过程中主要分为高速状态和低速状态，处于低速状态时巡飞弹类似于一般侦察无人机，而当处于告诉状态时，巡飞弹会主动改变主翼面后掠角。具体的来说，当处于低速状态时机翼展开，此时后掠角很小，巡飞弹通过大展弦比大获取大量升力有利于节约燃料使用，有效的增加巡飞弹巡航时间。当处于打击目标高速状态下，巡飞弹需要以较高飞行速度落到目标地点打击敌对目标，此时巡飞弹机翼逐渐收起后掠角变大，展弦比随之减小，巡飞弹受到的阻力减小非常有利于高速飞行以攻击预定目标。

在这一变化过程中，巡飞弹外形和气动参数等大幅快速变化，变形过程中飞行器的结构、外形和气动参数大幅快速变化，且变形引起附加的惯性力和力矩，使得模型具有较强的时变性和不确定性，飞行稳定性会受到较大影响。尤其是系统中不确定性引起的高频振荡往往会导致飞行器解体。因此，研究新型巡飞弹飞行控制技术有着十分重要的意义。

一般自适应控制技术针对变体巡飞弹系统存在不确定性时，虽然也可以使系统的状态误差收敛。但是，控制器抗外界扰动能力差，控制输入环节中往往存在不确定参数，会引发出系统的未建模状态，最终导致控制器失效。变结构本质上是指系统内部的反馈控制器结构，包括反馈极性和系数，所发生的不连续非线性切换。变结构系统将不同结构的子系统按照切换逻辑有机组合，充分利用各个子系统的优良性能，甚至获得超越了所有子系统特性的新特性。滑模变结构控制具有响应速度快，对系统内部不确定性和外部干扰不敏感，在控制律设计中简洁高效等特点，能够有效解决巡飞弹控制系统中存在外界强干扰的情况。

发明内容

要解决的技术问题

变体巡飞弹飞行过程中主要分为侦察阶段与打击目标阶段，在工作状态变化的过程中，巡飞弹外形和气动参数等大幅快速变化，变形过程中飞行器的结构、外形和气动参数大幅快速变化，且变形引起附加的惯性力和力矩，使得模型具有较强的时变性和不确定性，飞行稳定性会受到较大影响。本发明采用一般的变结构控制方法与模型参考自适应控制相结合的模型参考滑模变结构控制方法设计飞行控制器，有效解决了变体巡飞弹的控制问题。

技术方案

一种基于模型参考滑模变结构控制的巡飞弹控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立变体巡飞弹模型的非线性性微分方程为：

式中，五个状态变量分别是速度、攻角、俯仰角速度、俯仰角和高度的变化量，m为巡飞弹的质量，T为巡飞弹发动机推力，g为重力加速度，L、D和M分别为升力、阻力和俯仰力矩；

C_L＝(0.1179+0.0001875Ma-0.126ξ)α+0.0056δ_e