[发明专利]考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法

权利要求书

1.一种考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)建立考虑执行机构故障的AHV参数化动力学模型：

其中：

其中h为高度，V为速度，α为攻角AOA，γ为弹道角FPA，Q为俯仰角速度PR，f_i,g_i分别代表集总干扰和AHV标称模型，i＝V,α,γ,Q；d_Ve,d_γe,d_αe和d_Qe代表外部扰动，Δ代表气动扰动的系数；g代表引力常数；m和I_yy分别代表飞行器质量和转动惯量；p＝0.5ρ_αV²是动态压力，ρ_a＝ρ_a0exp(-(h-h₀)/h_s)是空气密度，h₀为初始近似高度，ρ_a0为高度为h₀时的空气密度，h_s表示空气密度衰减率的倒数；z_T,S和分别表示推力力臂、参考面积和平均气动弦长；δ_e为控制律生成的升降舵偏转角，Φ为控制律生成的节流阀开度FER；升力L、阻力D、推力T、俯仰力矩M系统状态和输入的函数，被定义为：

相关的空气动力/力矩系数可以通过如下拟合公式得到：

速度子系统的执行机构故障可表示为其中k_ΦΦ代表执行机构效率损失故障，k_Φ表示执行机构效率增益，当t≥t_fΦ时有0＜k_Φ≤1；b_Φ表示多源干扰故障，b_Φ＝b_xΦ+b_yΦ(t)+b_zΦ(t),t≥t_fΦ，其中b_xΦ为偏置故障，b_xΦ(t_fΦ)≠0；b_yΦ(t)为漂移故障，当t≥t_fΦ时，|b_yΦ(t)|＝λ_yΦt,0＜λ_yΦ＜＜1；b_zΦ(t)为精度损失故障，当t≥t_fΦ时，

高度子系统的执行机构故障可表示为其中代表执行机构效率损失故障，表示执行机构效率增益，当时有表示多源干扰故障，其中为偏置故障，为漂移故障，当时，为精度损失故障，当时，

(2)对速度和高度两个子系统，分别构造基于韩式跟踪微分器的新型预设性能机制TDPPC以实现误差的先验调节，并克服传统预设性能控制快速约束导致的暂态抖震：

AHV速度与高度子系统的输出跟踪误差分别定义为e_V＝V-V_d和e_h＝h-h_d，V_d,h_d为速度与高度的期望值；速度和高度子系统的预设性能函数定义为：

其中λ_V∈(0,1]是设计参数，λ_h∈(0,1]是设计参数，T_j(t),j＝V,h是所设计的性能函数；

采用二阶离散跟踪微分器提供预设的性能边界T_j(t)：

其中f_han定义如下：

其中是采样周期，代表T_j(t)对时间的微分，r_j是用来控制收敛速度的设计参数，是T_j(t),的初始值；如果选定的T_js值小于则预设性能函数随时间单调递减，最终趋于稳态；

采用误差转换函数S_j可以将受约束的跟踪误差转化为无约束的跟踪误差如下：

其中z_j(t)为转换后的跟踪误差，θ_j(t)＝e_j/T_j(t)是归一化误差；

(3)利用最小参数学习MLP方法设计低计算复杂度的神经网络学习器，以实时估计集总扰动对AHV模型的影响；

速度跟踪误差定义为e_V＝V-V_d，弹道角FPA的跟踪误差定义为攻角AOA的跟踪误差定义为俯仰角速度PR的跟踪误差定义为为弹道角FPA，攻角AOA，俯仰角速度PR的参考输入；给出如下基于最小参数学习MLP的集总扰动重构方法：

其中是理想神经权值，n是MLP的节点数，高斯函数h_is(e_i),i＝V,γ,α,Q,s＝1,...n，取如下形式：

其中，c_is表示接受域中心，b_i代表基函数的宽度；为了近似得到设计以下自适应权值更新律：

其中Γ_V,Γ_γ,Γ_α,Γ_Q∈R是MLP的自适应增益，k_wV,k_wγ,k_wα,k_wQ∈R为漂移因子；

(4)综合MLP观测器与新型预设性能机制，以实现有限故障条件下对于给定高度/速度指令的精确跟踪控制，即：基于MLP观测结果，构造速度子系统的控制律、高度子系统的虚拟控制律和高度子系统的控制律：

节流阀开度FER控制律设计如下：

其中，k_V表示控制器增益，表示参考信号对时间的微分，是f_V的估计值；

高度子系统中γ,α,Q的虚拟控制律如下：

其中，k_h,k_γ,k_α表示控制器增益，表示各回路参考信号对时间的微分，分别是f_γ,f_α的估计值；

升降舵偏角的控制律设计如下：

其中，k_Q表示控制器增益，表示俯仰角速率指令的微分，是f_Q的估计值。