[发明专利]一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法

权利要求书

1.一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：建立舰载机着舰横侧向动力学模型，并进行优化；

S2：基于自抗扰解耦，对优化后的舰载机着舰横侧向动力学模型进行解耦控制；

S3：设计舰载机横侧向控制滚转角通道和侧滑角通道的自抗扰解耦控制器。

2.根据权利要求1所述的一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法，其特征在于，步骤S1的具体操作包括以下步骤，

S101：建立舰载机着舰横侧向动力学模型

式中，y为横侧向位移，m为舰载机重量，v为舰载机速度横侧向分量，φ为滚转角，β为侧滑角，p为滚转角速率，q为俯仰角速率，r为偏航角速率，α为迎角，θ为俯仰角，F_T为发动机推力，C，N分别代表侧滑力、滚转力矩和偏航力；

c₂＝(I_x-I_y+I_z)I_xz/Δ，c₃＝I_z/Δ，

其中，I_x，I_y，I_z分别代表x，y，z轴的转动惯量，I_xz为关于y轴的惯性积；

侧滑力、滚转力矩和偏航力C，N分别表示为

式中，C_Iβ，C_Iδa，C_Iδr，C_Ip，C_Ir为滚转力矩系数，C_m0，C_mα，C_mq，为俯仰力矩系数，C_nβ，C_nδa，C_nδr，C_np，C_nr为偏航力矩系数，V为舰载机速度，其值和舰载机的状态及输入有关；升降舵偏角δ_e，副翼舵偏角δ_a，方向舵偏角δ_r为控制量；

此外，机体坐标系的速度u，v，w表示为

u＝Vcosαcosβ，v＝Vsinβ，w＝Vsinαcosβ；

S102：综合舰载机着舰横侧向动力学模型，侧滑力、滚转力矩、偏航力矩C，N，以及机体坐标系的速度u，v，w，并进行线性化，得出横侧向线性化运动方程

S103：对步骤S102中的横侧向线性化运动方程进行简化，可得

也即优化后的舰载机着舰横侧向动力学模型系统；其中，

u＝[δ_a δ_r]^T；

其中，N_β、L_β、L_p、N_p为线性化后的力和力矩系数。

3.根据权利要求2所述的一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法，其特征在于，步骤S2的具体操作包括以下步骤，

S201：引入虚拟控制量U＝[U₁ U₂]^T＝Bu，其中，分析可得B可逆；

S202：结合虚拟控制量U，将步骤S103中优化后的舰载机着舰横侧向动力学模型系统进行转换，则式中，f_φ(x)，f_β(x)可看做是作用于滚转通道或侧滑角通道的“扰动总和”；

S203：对经过步骤S202转换后的模型系统进行分析可得，虚拟控制U₁控制输出φ，虚拟控制U₂控制输出β，也即步骤S202中转换后的模型系统实现了副翼和方向舵的解耦；

S204：通过解耦矩阵的逆转换，即可由虚拟控制量U₁和U₂得到实际的控制量δ_a和δ_r。

4.根据权利要求3所述的一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法，其特征在于，步骤S3中设计舰载机横侧向控制滚转角通道的自抗扰解耦控制器的具体操作包括以下步骤，

S301：TD设计；

其中，v₁₁，v₁₂为输入的信号，x₁，x₂为状态变量，h为积分步长，r为每个积分步长内的最大加速度，d＝rh，fh为定义的非线性函数；sign为函数，当x＞0，sign(x)＝1；当x＝0，sign(x)＝0；当x＜0，sign(x)＝-1；通过微分跟踪器的设计，主要是为了获得期望姿态角和角速度两个信号；

S302：NESO设计；

其中，fal为函数：sign为函数，当x＞0，sign(x)＝1，当x＝0，sign(x)＝0；当x＜0，sign(x)＝-1；为各自参数的估计值，e为误差，β_0i(i＝1，2，3)为观测器参数；选择非线性参数β_0i(i＝1，2，3)便可以得到估计状态和以及未知总干扰

S303：非线性组合控制器设计；

U0＝-fhan(e₁，ce₂，r，h₁)

经过非线性组合得到了未包括扰动的输入量U₀，然后对扩张观测器获得的总干扰的估计进行反馈，便可以得到虚拟控制输入U₁，再经过解耦矩阵的逆变换，便可以得到最终的控制舵面输入δ_a。