[发明专利]一种基于滑模干扰观测器的飞行器递阶动态逆控制方法

摘要

一种基于滑模干扰观测器的飞行器递阶动态逆控制方法。第一步考虑飞行器受到的多源干扰，并基于飞行器纵向动力学模型建立多源干扰系统模型；第二步基于第一步建立的多源干扰系统模型设计滑模干扰观测器估计多源干扰；第三步基于第二步的滑模干扰观测器构造递阶动态逆复合控制器，在补偿多源干扰的同时，使得飞行器速度和高度跟踪参考指令。本发明具有抗干扰性强、跟踪速度较快和控制精度较高等优点，适用于飞行器的高度和速度跟踪控制。

主权项

一种基于滑模干扰观测器的飞行器递阶动态逆控制方法，包括以下步骤：(1)考虑飞行器受到的多源干扰并基于飞行器纵向动力学模型建立多源干扰系统模型，其中多源干扰包含由气动参数不确定、质量和转动惯量变化、以及未建模动态引起的各类干扰；(2)基于第一步建立的多源干扰系统模型设计滑模干扰观测器估计多源干扰；(3)基于第二步的滑模干扰观测器构造递阶动态逆复合控制器在补偿多源干扰的同时使得飞行器速度和高度能够完成预期的跟踪任务；其特征在于：所述步骤(1)的飞行器多源干扰系统模型为：其中x＝[x1 x2 x3 x4 x5]T为飞行器的系统状态，x1为飞行速度V，x2为飞行高度h，x3为航迹倾角γ，x4为攻角α，x5为俯仰角速率Q；u1为油门开度Φ，u2为鸭舵偏转角δc，u3为升降舵偏转角δe；fi(x)和gij(x)都是关于x的光滑非线性函数；di为多源干扰，包含由气动参数不确定、质量和转动惯量变化、以及未建模动态引起的各类干扰，实际中d2＝0；假设多源干扰di范数有界，即||di||≤σi，其中σi为已知正常数，且其取值范围由飞行器执行机构的实际最大输出量决定；所述步骤(2)的滑模干扰观测器为：其中sr为滑模面，zr为中间辅助变量，vr＝lr sgn(sr)为观测器控制量，lr为干扰观测器增益，sgn(sr)为关于sr的符号函数，即当sr≥0时，sgn(sr)＝1，当sr<0时，sgn(sr)＝‑1，为滑模干扰观测器得出的多源干扰dr的估计值；所述步骤(3)的递阶动态逆复合控制器包含三个子控制器：(31)速度子系统控制器(32)高度和航迹倾角子系统控制器(33)攻角和俯仰角速率子系统控制器其中yref＝[Vref href]T为输出跟踪指令，Vref和href分别代表速度和高度的跟踪指令；γcmd(t)、αcmd(t)和Qcmd(t)分别代表航迹倾角、攻角和俯仰角速率的虚拟控制指令；x*＝[V* h* γ* α* Q*]T为系统状态最终收敛到的平衡点，V*、h*、γ*、α*和Q*分别代表速度、高度、航迹倾角、攻角以及俯仰角速率最终收敛到的平衡点，且定义为系统状态的跟踪误差，和分别为速度、高度、航迹倾角、攻角以及俯仰角速率的跟踪误差，且定义和分别为滑模干扰观测器得出的多源干扰d1、d3、d4和d5的估计值；k1是速度子系统控制器的控制增益保证速度跟踪误差最终收敛为零，k2和k3是高度和航迹倾角子系统控制器的控制增益保证高度跟踪误差和航迹倾角跟踪误差最终收敛为零，k4和k5是攻角和俯仰角速率子系统控制器的控制增益保证攻角跟踪误差和俯仰角速率跟踪误差最终收敛为零；，为动压，S为参考机翼面积，为关于攻角α的升力系数，T为推力，T*为对应于平衡点x*的推力。