[发明专利]飞行器的分数阶滑模控制方法、装置及系统

说明书

本公开提供了一种飞行器的分数阶滑模控制方法、装置及系统。其中，该方法包括：在偏航方向，利用自适应多次幂趋近律分数阶滑模控制器将所述飞行器的轨迹偏角、偏航角和偏航弹道轨迹约束到对应的期望值；在俯仰方向，利用自适应多次幂趋近律分数阶滑模控制器将所述飞行器的轨迹倾角、俯仰角和俯仰飞行轨迹约束到对应的期望值；基于约束后的所述飞行器的轨迹偏角、偏航角、偏航弹道轨迹、轨迹倾角、俯仰角和飞行器轨迹，来控制所述飞行器的飞行轨迹。本公开解决了在制导律设计工程中由于飞行器轨迹切换引起的抖振，飞行器稳定性低的技术问题。

技术领域

本公开涉及计算机控制领域，具体而言，涉及一种飞行器的分数阶滑模控制方法、装置及系统。

背景技术

为了使飞行器精准跟踪期望轨迹和稳定飞行，需对飞行轨迹和姿态角进行约束。人们在比例导引法的基础上相继提出了多种带有角度约束的导引律。比如基于轨迹末角约束，提出了偏置比例导引法；在传统比例导引制导律的基础上，加入了与飞行器与目标位置相对关系及期望落角相关的修正量，推导得到了落角约束最优制导律，可实现0°至45°末端角的约束；设计了基于终点位置预测的剩余飞行时间估计方法，实现末端角度约束。

滑模控制由于具有算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，近些年被广泛应用于飞行器轨迹和角度约束的设计之中。比如，一些学者将飞行器末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题，设计了一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数并给出了一种终端滑模制导律的设计方法；考虑自动驾驶仪的动态延迟与落角约束，选取满阶终端滑模(TSM)滑动流形引入切换函数项进行扰动补偿，设计了一种无抖动滑模制导律；建立了制导律模型，考虑外界干扰影响，先后进行鲁棒制导律设计、制导律参数多目标综合优化，得到了最优鲁棒制导律；将多约束导引问题转化为控制问题，并应用模糊滑模变结构理论设计了纵向通道导引律，得到了满足要求的结果；应用变结构控制理论得到了带落角约束的制导律。

分数阶滑模结合了分数阶微积分和滑模控制的双重优点，能够在传统滑模控制的基础上进一步提高系统的控制性能，成为现代非线性控制的重要研究方向。分数阶微积分是研究任意阶微分和积分的理论，是传统意义上整数阶微分和积分向非整数阶的推广与延伸。与传统微积分相比，分数阶微积分增加了微分与积分两个自由度的可变性，从而给控制系统设计带来了新的灵活性。近年来，利用分数阶微积分算子的记忆与遗传特性，在传统滑模控制理论中引入分数阶微积分算子而产生的分数阶滑模控制在各个领域得到了广泛地应用，并在理论研究和工程实际应用中都得到了深入地研究。

Dadras等针对具有不确定性的一类动力学系统设计了分数阶终端滑模控制器。为设计同时受到偏移量和末端攻击角度约束的三维制导律，将分数阶微积分算子引入到滑模面的设计当中；并利用扩张状态观测器，对目标机动加速度和弹目相对运动模型中的耦合项，进行实时估计与补偿；同时结合设计的新型自适应趋近律，得到自适应分数级滑模制导律。

但是现有的制导飞行器的分数阶滑模制导控制方法，存在以下问题：1)在分数阶微积分滑模控制器中需要调整参数较多；2)由于参数较多，该制导律计算复杂度高，工程实时性可能降低，最终控制效果可能下降。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开实施方式提供了一种飞行器的分数阶滑模控制方法、装置及系统，以至少解决在制导律设计工程中由于飞行器轨迹切换引起的抖振，飞行器稳定性低的技术问题。

根据本公开实施方式的一个方面，提供了一种飞行器的分数阶滑模控制方法，包括在偏航方向，利用自适应多次幂趋近律分数阶滑模控制器将所述飞行器的轨迹偏角、偏航角和偏航弹道轨迹约束到对应的期望值；在俯仰方向，利用自适应多次幂趋近律分数阶滑模控制器将所述飞行器的轨迹倾角、俯仰角和俯仰轨迹约束到对应的期望值；基于约束后的所述飞行器的轨迹偏角、偏航角、偏航弹道轨迹、轨迹倾角、俯仰角和俯仰轨迹，来控制所述飞行器的飞行轨迹。