[发明专利]一种变体无人机栖落机动的模糊飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种用变体方式增强无人机的俯仰操纵能力以及变体无人机栖落机动的控制设计方法。首先建立栖落机动纵向非线性动力学模型，并通过采用轨迹线性化和张量积变换方法转换得到T‑S模糊模型。基于Lyapunov稳定性理论和平方和方法，设计了满足控制输入约束的栖落机动多项式模糊控制器。对非变体与变体下的栖落机动控制过程分别进行了仿真，仿真结果验证了所设计的栖落机动控制律的有效性。因此本发明能够使得无人机具有更强的操纵性能，能提高栖落机动中升降舵的抗饱和能力，并实现精确的栖落轨迹控制。

技术领域

本发明涉及无人机模糊飞行控制技术领域，具体涉及一种一种变体无人机栖落机动的模糊飞行控制方法。

背景技术

在栖落机动过程中，飞行器快速拉大迎角进入过失速状态，利用大迎角产生的阻力实现减速，最终以低动能降落在预定地点。飞行器的速度与姿态发生剧烈变化，导致其空气动力学特性具有高度非线性的特点。栖落机动需要对末端的飞行姿态和落点位置进行准确地控制，以实现安全降落的目的，但是传统固定翼飞行器在大迎角状态下气动效率急剧降低，对操纵十分不利。

随着新材料和控制技术的探索，变体飞行器应运而生。拥有一定变形能力的变体飞行器，可以改变其固有的气动特性，起到辅助操纵的效果。在栖落机动过程中，变体飞行器凭借变体能力可以获得额外的操纵能力，在更小的空间内实现栖落过程。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种变体无人机栖落机动的模糊飞行控制方法，根据Lyapunov稳定性判据与并行分布补偿原则，以T-S模糊模型为参照，设计了多项式模糊控制器，使飞行器以合适的控制量实现预定轨迹的跟踪。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变体无人机栖落机动的模糊飞行控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立栖落机动纵向非线性动力学模型，并通过采用轨迹线性化和张量积变换方法转换得到T-S模糊模型；

步骤2：设计满足控制输入约束的栖落机动多项式模糊控制器，得到闭环系统。

优选的，步骤1包括：

步骤1.1：建立栖落机动纵向非线性动力学模型；

其中，飞行器的姿态变量表示为X＝[V θ α q x h]^T，控制输入量为u＝[T δe]^T，f(·)为纵向动力学模型中状态变量导数的非线性函数表达式，V为飞行器速度，θ为飞行器俯仰角，α为飞行器迎角，q为俯仰角速率，T为推力，δe为升降舵偏角，x与h为飞行器的位移变量；

步骤1.2：将栖落机动纵向非线性动力学模型参考轨迹(X_s,u_s)进行线性化，令ΔX＝X-X_s，Δu＝u-u_s，可得：

其中，X_s＝[V_s θ_s α_s q_s x_s h_s]^T，u_s＝[T_s δ_es]^T，下标S表示参考轨迹；

令ΔX＝X-X_s，Δu＝u-u_s，则式(3)可改写成增量形式：

A、B为随时间变化的参数矩阵；

步骤1.3：将式(4)表示为张量积形式为：