[发明专利]一种飞翼无人机姿态系统谐波干扰抑制与主动容错方法

说明书

本发明公开了一种飞翼无人机姿态系统谐波干扰抑制与主动容错方法，首先建立受舵面故障和谐波干扰影响的飞翼无人机姿态系统受扰动力学模型；其次基于谐波观测器技术设计滚转、俯仰、偏航三通道观测器，实现对集总干扰的估计；而后基于集总干扰估计信息，在基准非线性动态逆控制算法的基础上重构复合非线性动态逆控制器；最后基于伪逆法控制分配技术，将期望力矩转化为飞翼无人机的舵面偏转量。本发明将舵面故障影响视为干扰，而后充分利用干扰频率信息，设计谐波干扰观测器，实现集总干扰的高精度估计，并通过干扰估计前馈的形式实现干扰的有效补偿，抑制了多源谐波干扰和故障对飞翼无人机控制性能的影响，提高了飞翼无人机的飞行性能。

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，具体涉及一种飞翼无人机姿态系统谐波干扰抑制与主动容错方法。

背景技术

飞翼无人机因其独特的气动布局，具有大升力、机动能力强和良好的隐身能力等优势，在军事和民用方面都获得广泛的应用。由于其重量小、无垂尾等特点，导致飞翼无人机具有强耦合、操纵性能差等特点，在控制器设计时面临诸多挑战。飞翼无人机由于具有高灵活性和强机动能力，经常在恶劣和复杂环境执行任务，且执行器的频繁使用也会导致执行器更改的故障率；因此飞翼无人机面临外部环境干扰、内部气动参数摄动、模型不确定性以及执行器故障等多源干扰和故障的影响；这些形式复杂的多源干扰和执行机构故障会进一步加剧无人机姿态系统的非线性特性，给控制器设计带来巨大挑战。

针对多源干扰和执行器故障作用下的飞翼无人机姿态系统控制问题，国内外学者提出了多种解决方案，包括基于非线性标称模型的动态逆控制、滑模变结构控制和基于扩张状态观测器技术的复合控制算法，但是这些方法是基于误差信号被动消除干扰的影响或基于线性观测器技术前馈补偿干扰信号的影响，无法适应高频率、快时变、复杂程度高的干扰环境。因此亟需提出一种能够快速、准确抑制复杂干扰和故障影响的飞翼无人机姿态系统控制方法。

此外由于飞翼无人机采用舵面冗余配置以保证系统总体可靠性，导致可用舵面通常会大于需求舵面，因此在不影响无人机飞行性能的情况下，如何保证所需舵面驱动能量最小也是一个值得关注的问题。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种飞翼无人机姿态系统谐波干扰抑制与主动容错方法，能够实现谐波干扰和执行器故障影响造成的集总干扰的估计，并将干扰估计信息以前馈的形式反馈给控制器，补偿多源干扰和故障带来的不利影响，以保证飞翼无人机具备更强的抗干扰性能和容错能力；并保证在实现期望力矩的同时消耗的舵面驱动能量最小。

技术方案：本发明提供一种飞翼无人机姿态系统谐波干扰抑制与主动容错方法，包括如下步骤：

(1)建立受舵面故障和谐波干扰影响的飞翼无人机姿态系统受扰动力学模型，获取飞翼无人机姿态系统跟踪误差动态；

(2)基于谐波观测器技术设计飞翼无人机受扰姿态系统滚转、俯仰、偏航三通道观测器；

(3)针对飞翼无人机姿态系统跟踪误差动态，结合谐波观测器干扰估计信息，构建飞翼无人机复合非线性动态逆姿态控制器，获取虚拟控制量；

(4)基于伪逆法将期望力矩转化为飞翼无人机的舵面偏转量。

进一步地，步骤(1)所述飞翼无人机姿态系统受扰动力学模型为：