[发明专利]一种非脆弱保性能静态输出反馈姿态稳定控制方法

说明书

本发明公开一种非脆弱保性能静态输出反馈姿态稳定控制方法，属于制导与控制技术领域，具体方案如下：一种非脆弱保性能静态输出反馈姿态稳定控制方法，包括以下步骤：步骤一：构建飞行器三通道姿态线性化状态空间模型；步骤二：构建飞行器非脆弱保性能静态输出反馈控制模型；步骤三：设计非脆弱保性能静态输出反馈控制器。本发明所述非脆弱保性能静态输出反馈姿态控制方法能够有效应对由低成本元器件带来的控制参数摄动现象，避免由于控制参数摄动带来的姿态振荡甚至失稳发散的情况，实现飞行器高品质姿态控制，保障飞行器的高战场打击效能，在低成本飞行器控制领域具有广阔的应用背景。

技术领域

本发明属于制导与控制技术领域，具体涉及一种非脆弱保性能静态输出反馈姿态稳定控制方法。

背景技术

为实现飞行器高品质飞行控制，通常在飞行器设计中采用高性能元器件以实现硬件环节的低延时、低不确定等。然而，高性能元器件必然带来飞行器高设计成本，既给国家的财政带来了沉重负担，也不利于飞行器国际市场竞争力的提高。因此，需考虑采用低成本元器件进行飞行器研制，从而有效降低飞行器生产成本。

然而，使用低成本元器件必然带来诸如不确定性强等一系列问题，这就对机载软件系统设计提出了更高要求，如何利用高品质的导航、制导、控制等算法，实现对硬件系统性能损失的有效补偿，是实现低成本飞行器的关键技术。传统飞行控制方案在存在控制参数摄动情况下难以保证良好的姿态控制动态性能，可能导致大超调、慢收敛、多次振荡等现象。因此，需考虑开展非脆弱保性能鲁棒控制器设计，使得在由低成本元器件引起的控制参数摄动情况下仍能够实现飞行器的高品质姿态稳定控制，对保障低成本飞行器的任务执行效能，具有重要意义。

发明内容

本发明目的是为了解决低成本飞行器控制参数摄动条件下高品质姿态稳定控制问题，提供了一种非脆弱保性能静态输出反馈姿态控制方法，利用该算法有效弥补由于低成本器件带来的硬件性能损失，所采取的技术方案如下：

一种非脆弱保性能静态输出反馈姿态稳定控制方法，包括以下步骤：

步骤一：构建飞行器三通道姿态线性化状态空间模型；

步骤二：构建飞行器非脆弱保性能静态输出反馈控制模型；

步骤三：设计非脆弱保性能静态输出反馈控制器。

进一步地，步骤一所述构建飞行器三通道姿态线性化状态空间模型的过程为：

第一步：依据飞行器质心平动运动和绕质心转动方程进行小扰动线性化可得：

其中Δα表示攻角小偏差量，Δθ表示弹道倾角小偏差量，表示俯仰角小偏差量，和分别表示的二阶导数和一阶导数，表示升降舵小偏差量；Δβ表示侧滑角小偏差量，Δσ表示弹道偏角小偏差量，Δψ表示偏航角小偏差量，和分别表示Δψ的二阶导数和一阶导数，Δδ_ψ表示方向舵小偏差量；Δγ表示滚转角小偏差量，和分别表示Δγ的二阶导数和一阶导数，Δδ_γ表示副翼小偏差量，代表弹道倾角偏差量关于时间的导数，代表弹道偏角偏差量关于时间的导数。动力系数详细形式为：

其中P为飞行器推力，分别为升力系数关于攻角和升降舵的偏导数，分别为侧向力系数关于侧滑角和方向舵的偏导数，分别为俯仰力矩系数关于攻角和升降舵的偏导数，分别为偏航力矩系数关于侧滑角和方向舵的偏导数，为滚转力矩系数关于副翼的偏导数，分比为滚转、偏航和俯仰通道的阻尼力矩系数，J_x、J_y、J_z分别是飞行器三轴的转动惯量，m、l、q、S分别为飞行器的质量、特征长度、动压和特征面积，g、θ₀、α₀、V分别为重力加速度、标称弹道倾角、标称攻角和速度。

第二步：设定飞行器姿态线性化模型状态量、控制量和输出量为：