[发明专利]固定翼飞行器纵向通道控制方法及装置

权利要求书

1.固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于，包括：

第一步，将未建模部分、参数不确定性和外部干扰统称为总扰动，用扩张状态表示，建立含总扰动的固定翼飞行器纵向通道扩张状态模型；

第二步，对于输入的高度信号，采用最速控制综合函数构建高度跟踪微分器对高度信号进行平滑滤波处理，输出参考高度信号及其微分信号，对于输入的速度信号，采用最速控制综合函数构建速度跟踪微分器对速度信号进行平滑滤波处理，输出参考速度信号及其微分信号，并将其转换为单位重量的参考总能量、参考总能量变化率、参考能量分配和参考能量分配变化率；

第三步，以参考总能量、参考总能量变化率、实际总能量和实际总能量变化率作为输入，设计总能量通道的双闭环串联型PID控制器，其中总能量控制为外环，总能量的变化率控制为内环；

第四步，以参考能量分配、参考能量分配变化率、实际能量分配和实际能量分配变化率作为输入，设计能量分配通道的双闭环串联型PID控制器；

第五步，分别设计总能量通道和能量分配通道的二阶扩张状态观测器，利用反馈的实际状态量和执行器延时处理后的控制量，对第一步中建立的固定翼飞行器纵向通道扩张状态模型中的总扰动进行估计，并对控制器输出进行扰动补偿，得到最终控制量。

2.根据权利要求1所述的固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于，第一步中，选择实际总能量和实际能量分配作为状态变量，建立固定翼飞行器纵向通道扩张状态模型为：

其中，和分别为总能量通道控制量和能量分配通道控制量的放大倍数估计参数，为油门信号延迟时间后的输出值，为升降舵量延迟时间后的输出值，为总能量通道的未建模部分以及外部扰动的总和，为能量分配通道的未建模部分以及外部扰动的总和，和分别为总能量通道和能量分配通道的外部扰动。

3.根据权利要求2所述的固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于，第二步中采用最速控制综合函数构建高度跟踪微分器，如下：

其中，为输入的高度信号，为参考高度信号，为参考高度的微分信号，为高度跟踪微分器的滤波因子，为高度跟踪微分器的快速因子，为中间变量，为最速控制综合函数；

采用最速控制综合函数构建速度跟踪微分器，如下：

其中，为输入的速度信号，为参考速度信号，为参考速度的微分信号，为速度跟踪微分器的快速因子，为速度跟踪微分器的滤波因子，为中间变量，为最速控制综合函数。

4.根据权利要求3所述的固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于，第二步中，单位重量的参考总能量、参考总能量变化率、参考能量分配和参考能量分配变化率，转换公式为：

。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于：第三步中总能量通道的双闭环串联型PID控制器的表达公式如下：

其中，为总能量误差，为总能量变化率误差，为总能量通道的双闭环串联型PID控制器输出，为总能量通道的双闭环串联型PID控制器的PID控制参数。

6.根据权利要求5所述的固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于：第四步中，能量分配通道的双闭环串联型PID控制器的表达公式如下：

其中，为能量分配误差，为能量分配变化率误差，为能量分配通道的双闭环串联型PID控制器输出，为能量分配通道的双闭环串联型PID控制器的PID控制参数。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的固定翼飞行器纵向通道控制方法，其特征在于：第五步中，总能量通道的二阶扩张状态观测器，如下：

其中，为扩张状态观测器对总能量的估计值，表示扩张状态观测器对总能量变化率的估计值，表示总能量估计误差，表示扩张状态观测器对总能量通道的未建模部分以及外部扰动的总和的估计值，表示扩张状态观测器对总能量通道的未建模部分以及外部扰动的总和的变化率的估计值，为油门信号延时时间后的值，和为总能量通道的扩张状态观测器参数，为原点附近具有线性段的连续的幂次函数，为正整数，为线性段的区间长度，取0.05。