[发明专利]面向油门约束的飞行器制导控制一体化方法

说明书

本发明提出的一种面向油门约束的飞行器制导控制一体化方法，属于飞行控制领域，用于处理飞行器机身推进系统耦合带来的油门强约束问题。该方法面向飞行器纵向动力学模型，分析动力学内在机理基于反步法框架思路设计控制律，结合油门约束指标为速度制导系统建立二次规划的约束模型，定义损失函数利用KKT算法求解优化。采用神经网络技术学习动力学不确定性，建立串并行模型设计预测误差，建立制导系统和控制系统的交互参数，结合跟踪误差、预测误差和交互参数设计神经网络权重的自适应更新律，实现了油门约束下的飞行稳定和复杂环境下的高精度飞行状态跟踪。

技术领域

本发明涉及一种飞行器控制方法，特别是涉及一种面向油门约束的飞行器制导控制一体化方法，属于飞行控制领域。

背景技术

由于飞行器动力学的复杂性以及机身推进系统之间的耦合，飞行器控制输入上存在不可避免的约束的存在，这将加剧控制系统的设计困难。飞行器发动机进气道易发生热壅塞而增大飞行器的阻力减少发动机推力，严重影响飞行安全；同时这种油门的限制是由于推进系统的本质所强加的，它是维持发动机特别是超燃冲压发动机运行的必需条件，因此这是一个严格的约束，必须协调制导和控制系统来解决，以避免发动机热壅塞。

《Integrated Adaptive Guidance and Control of Constrained NonlinearAir-breathing Hypersonic Vehicle Models》(Andrea Serrani，《Conference onAmerican Control Conference》，2009年)针对高超声速飞行器的油门约束问题，开展制导控制一体化的优化控制方法。论文解耦飞行器动力学模型为速度、高度和攻角三个子系统设计动态逆控制算法，结合油门壅塞条件建立速度优化制导律，基于优化指标建立制导控制交互信号，实现速度和高度的跟踪控制。但是论文未针对动力学模型机理开展控制器设计，且在设计中未考虑气动参数变化所带来的强不确定性问题，在复杂的飞行环境中难以实现高精度的飞行状态跟踪。

发明内容

要解决的技术问题

针对飞行器机身推进系统耦合带来的油门强约束问题，本发明提出了一种面向油门约束的飞行器制导控制一体化方法，该方法面向飞行器纵向动力学模型，分析动力学内在机理基于反步法框架思路设计控制律，结合油门约束指标为速度制导系统建立二次规划的约束模型，定义损失函数利用KKT算法求解优化。采用神经网络技术学习动力学不确定性，建立串并行模型设计预测误差，建立制导系统和控制系统的交互参数，结合跟踪误差、预测误差和交互参数设计神经网络权重的自适应更新律，实现了油门约束下的飞行稳定和复杂环境下的高精度飞行状态跟踪。

技术方案

一种面向油门约束的飞行器制导控制一体化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用飞行器的纵向动力学模型为：

其中，V为速度，h为高度，γ为航迹角，α为攻角，q为俯仰角速度，g为重力加速度，m为飞行器质量，I_y为转动惯量，T为推力，D为阻力，L为升力和M_y为俯仰力矩；

定义俯仰角为θ＝α+γ；定义考虑力和力矩的函数表达式，飞行器动力学模型可转换为：

其中，Φ为油门，δ_e为升降舵偏角，和为未知光滑函数，g_v(α)、g_γ(α)和g_q(α)为已知函数；

步骤2：超燃冲压发动机的热壅塞条件的曲线拟合函数的解析表达式为：

其中，M_a为马赫数，为动压；