[发明专利]一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法

权利要求书

1.一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，定义飞行器常用坐标系及运动变量；

步骤(2)，基于牛顿欧拉法的变外形飞行器多刚体六自由度模型建立；

步骤(3)，根据飞行器飞行环境及飞行任务，设计飞行器姿态响应过程的性能约束，并完成约束化简；

步骤(4)，在以上三步的基础上将反步滑模控制和扩张状态观测器相结合，完成飞行器多维复合姿态控制设计。

2.根据权利要求1所述的一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法，其特征在于，步骤(1)定义飞行器常用坐标系的方法为：①地面坐标系Axyz，选取飞行器发射点A作为原点，Ax为弹道面与水平面的交线，指向目标点方向为正，Ay在包含有Ax的铅锤面内，垂直Ax向上，Az按右手法则确定；②机体坐标系Ox₁y₁z₁，选取飞行器质心O为坐标原点，Ox₁为机体纵轴，指向头部为正，Oy₁轴在机体纵向对称面内，与Ox₁垂直，向上为正，Oz₁按右手法则确定；③弹道坐标系Ox₂y₂z₂，坐标系数原点为飞行器质心O，Ox₂轴与机体质心的速度矢量重合，Oy₂轴在包含速度矢量的铅垂面内，且垂直于Ox₂，向上为正，Oz₂按右手法则确定；④速度坐标系Ox₃y₃z₃，坐标系原点为飞行器的质心O，Ox₃轴与机体质心的速度矢量重合，Oy₃在机体纵向对称面内且垂直于Ox₃，向上为正，Oz₃按右手法则确定，称为气流坐标系。

3.根据权利要求2所述的一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法，其特征在于，步骤(1)定义飞行器常用的运动变量包括：

①姿态角包括：俯仰角偏航角ψ和滚转角γ；

②弹道角包括：弹道倾角θ和弹道偏角ψ_v；

③气流角包括：攻角α和侧滑角β；

④速度倾斜角γ_v。

4.根据权利要求3所述的一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法，其特征在于，步骤(2)，建立的变外形飞行器多刚体六自由度模型包括：

①大气密度模型；

②重力加速度模型；

③风干扰模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法，其特征在于，步骤(3)，根据飞行环境及飞行任务选取响应过程中的关键性能指标，建立相应约束，根据性能约束构建同胚映射函数，实现无约束误差的转换；

其中性能指标包括：①超调量；②响应时间；③稳态误差；④响应过程完整包络曲线。

6.根据权利要求5所述的一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法，其特征在于，步骤(4)，设计飞行器多维复合姿态控制，包括：

①微分跟踪器：给指令信号安排合适的过渡过程，避免初始冲击过大，计算得到指令的微分信号，并且对噪声干扰有一定抑制效果；

②反步滑模控制器：反步法将高阶复杂系统的设计问题分解成许多低阶子系统，进而设计滑模面，保证系统全局李雅普诺夫稳定性；

③扩张状态观测器：对系统的“总和扰动”进行观测，并且反馈补偿到控制当中。