[发明专利]基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法

说明书

本发明涉及一种基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法，该方法将变体飞行器纵向通道模型解耦为速度子系统和高度子系统，针对速度子系统采用动态逆控制，针对高度子系统采用反步法控制。为有效处理系统动力学中的未知气动函数，将动力学模型转化为已知状态量项与未知气动参数项相乘的线性参数化形式，设计自适应更新律对未知参数部分进行估计，进一步基于估计信息设计控制器，实现系统高度和速度指令的有效跟踪。

技术领域

本发明涉及一种飞行器控制方法，特别是涉及一种基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法，属于飞行控制领域。

背景技术

变体飞行器能够通过作动机构或者智能材料改变机翼外形，兼具不同飞行器的优势，适应多变的任务环境，增加飞行稳定性和操纵性。在飞行器变体过程中，飞行器物理参数、重心、气动参数及转动惯量等会发生较大变化，无法建立单一模型描述整个变形过程，固定控制器也无法进行有效控制。目前研究策略基于CFD模拟等方法获取气动参数关于变形量的函数表达式，并基于小扰动线性化进行控制器设计，但该方法无法有效处理实际飞行过程中各种不确定，可能导致系统控制性能下降甚至失稳。

《基于backstepping/RHO的变体飞机控制器设计》(陈伟，卢京潮，王晓光，章卫国，《北京航空航天大学学报》，2014,40(08):1060-1065)一文针对变后掠角飞行器进行反步法控制，该方法将气动函数转换成已知标称函数和广义不确定项的形式，并基于标称模型进行控制器设计，保证系统飞行稳定性和跟踪性能。该策略忽略了变体过程中未知扰动和建模误差对系统的影响，难以保证较好的控制性能。

发明内容

要解决的技术问题

为解决变体飞行器气动参数未知的问题，本发明提出了一种基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法。

技术方案

一种基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：考虑变后掠翼飞行器纵向动力学模型

其中，F_Ix、F_Ikz、F_Iz和M_Iy表示变形过程引起的惯性力矩，其表达式为

该动力学模型包含五个状态变量X＝[V,h,α,γ,q]^T和两个控制输入U＝[δ_e,T]^T，其中V表示速度，h表示高度，α表示攻角，γ表示航迹角，q表示俯仰角速度，δ_e表示舵偏角，T表示推力；D、L和M_A分别表示阻力、升力和俯仰转动力矩；m、I_y和g分别表示质量、俯仰轴的转动惯量和重力引起的加速度；θ＝α+γ表示俯仰角，S_x表示静力矩，z_T表示推力矩臂长；

步骤2：将变体飞行器动力学模型解耦得到速度子系统(1)和高度子系统(2)-(5)；

速度子系统(1)写为

式中，表示由式(1)得到的未知非线性函数，表示未知气动参数项，表示已知状态量项，g_v表示由式(1)得到的已知函数；

针对高度子系统，定义高度跟踪误差为设计航迹角期望指令γ_d为