[发明专利]一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法

说明书

本发明公开了一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法，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。该方法将解耦矩阵引入自抗扰控制，定义可逆矩阵对“静态耦合”进行分析，采用非线性观测器对“动态耦合”进行估计；通过仿真试验验证，本发明中的鲁棒解耦控制方法有效解决了舰载机横侧向着舰控制耦合严重的问题，提高了横侧向控制器的鲁棒性，设计出来的控制器能够满足横侧向着舰的安全准则要求，不会因侧风干扰导致侧滑，确保舰载机安全着舰。

技术领域

本发明涉及舰载机着舰横侧向控制技术领域，尤其涉及一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法。

背景技术

舰载机横侧向的控制一直是着舰控制的难点和重点。现有舰载机着舰控制研究主要是纵向控制，而对横侧向的控制研究相对要少。

控制系统方面，现有几种着舰横侧向控制系统，如ACLS|_φ，ACLS|_β都不具备抗侧向舰尾流干扰的能力，少有的如控制系统抗侧风效果也有限。

控制方法方面，横侧向控制主要以线性方法为主，包括鲁棒H_∞控制方法和传统PID方法。传统的PID设计方法基于线性化配平方法，在小扰动模型基础上进行控制器的设计，此时耦合现象比较严重，并且抗干扰性能较差；H_∞方法虽然有较好的鲁棒性，但是该方法不足是在处理高增益系统和设计高阶控制器时，会使得着舰控制器的设计更加复杂。少有的非线性横侧向着舰控制方法更多是解决了横侧向参数的自适应问题，而对鲁棒性问题研究较少。

着舰横侧向控制需要考虑舰载机各通道之间的耦合问题、抗舰尾流干扰等问题，控制目的是抑制和消除着舰时产生的侧向偏移和侧滑角，并使舰载机保持横侧向的姿态稳定。舰载机遭遇到干扰时，如果不加修正，舰载机的航迹将偏离对称面而产生偏航，随舰尾流一起向侧方移动。如果在着舰最后阶段遭遇突然侧向舰尾流的影响，并且控制鲁棒性不强，舰载机将偏离预定航迹影响顺利着舰，严重时可能落入海中。美国全自动着舰系统的横向控制偏差的理想值给横向偏差理想值为-1.52～1.52m，允许值为-3.05～3.05m。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种舰载机着舰横侧向鲁棒解耦控制方法，针对舰尾流扰动问题，以自抗扰为框架设计着舰鲁棒控制器，并引入解耦矩阵对横侧向进行了解耦，满足控制目标、鲁棒性高且跟踪误差较小，确保舰载机在横侧向着舰的稳定性和安全性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

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。

进一步的，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_τ为发动机推力，分别代表侧滑力、滚转力矩和偏航力；