[发明专利]一种采用自适应观测器的飞行器俯仰通道稳定方法

说明书

本发明是关于一种采用自适应观测器的飞行器俯仰通道稳定方法，属于飞行器姿态控制技术领域。首先根据飞行器俯仰角给定信号通过滤波得到给定信号的微分，然后依次通过陀螺仪测量飞行器的俯仰角与俯仰角速率，得到角度与角速度的误差信号。然后构基于造俯仰角速率误差的自适应观测器以及干扰估计器，计算系统的未知干扰量与力矩干扰估计值，最后综合上述角速率信号、俯仰角误差信号、俯仰角速率误差信号以及未知干扰量形成反馈控制组成最终的俯仰通道控制量，输送给俯仰舵机实现对给定俯仰角信号的准确跟踪。该发明的特点采用了自适应算法对系统不确定性进行了观测，因此该方法具有较好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，具体而言，涉及一种采用自适应观测器对飞行器俯仰通道进行稳定控制的方法。

背景技术

飞行器在实际飞行中由于高速运动与气动特性的复杂性，导致其受力与力矩难以精确计算，尤其是风洞试验所获得的气动数据必然和飞行器实际飞行的环境有所差异。因此尽管工程人员尽力地提高飞行器建模的精确性，但不可避免地存在系统不确定的未知干扰项以及力矩干扰项。在传统的飞行器中大部分采用姿态角的PID控制来实现飞行器的姿态稳定，其需要根据不同飞行环境得到特征点的模型参数，采用线性控制理论进行设计，当飞行器环境参数变化时，需要通过预先设置控制参数或模式切换来保证全程的稳定性。但当环境参数出现未知的不可预测的变化时，其控制的鲁棒性，不可避免的出现不足。基于以上背景技术，本发明采用自适应的方法设计观测器对力矩干扰与系统不确定性干扰两类干扰进行自适应估计，从而引入最终的反馈控制中，改善控制系统的动态性能，提高系统对外部环境的自适应调节能力，提高控制系统的鲁棒性。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用自适应观测器的飞行器俯仰通道稳定方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的飞行器姿态控制鲁棒性不足的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种采用自适应观测器的飞行器俯仰通道稳定方法，包括以下步骤：

步骤S10，在飞行器上安装姿态陀螺仪，测量飞行器的俯仰角，设定给定俯仰角指令，通过比较得到俯仰角误差信号；再安装速率陀螺仪，测量飞行器俯仰角速率信号；

步骤S20，根据所述的俯仰角误差信号，采用一阶滤波器，得到俯仰角速率的期望信号，然后通过比较得到俯仰角速率误差信号；

步骤S30，根据所述的俯仰角误差信号，俯仰角速率信号，构造俯仰角速率误差的自适应观测器，求解观测器的状态；

步骤S40，根据所述的俯仰角速率误差信号与自适应观测器的状态变量进行比较，得到观测误差信号，并进行积分，然后构建干扰估计器，对系统未知干扰量，进行估计解算；

步骤S50，根据所述的系统未知干扰量进行反馈求解力矩干扰估计值，然后根据俯仰角速率信号、俯仰角速率误差信号、俯仰角误差信号与系统未知干扰量构造最终的俯仰通道控制量，输送给飞行器俯仰舵，实现俯仰角对给定俯仰角信号的准确跟踪。

在本发明的一种示例实施例中，根据所述的俯仰角误差信号，采用一阶滤波器，得到俯仰角速率的期望信号，然后通过比较得到俯仰角速率误差信号包括：

θ^da1(n)＝θ^d(n)-θ^d1(n)；

θ^d1(n+1)＝θ^d1(n)+Tθ^da1(n)/T₁；

θ^da＝θ^da1/T₁；

e₂＝θ^da-ω；