[发明专利]一种无人机纵向控制律平滑切换方法

摘要

本发明公开了一种无人机纵向控制律平滑切换方法，属于无人机飞行控制领域。在控制律切换时刻，通过对新的控制律中的积分器赋初值，确保由新的控制律的首个运行周期解算出的舵偏角指令与由前一组控制律的最后一个运行周期解算出的舵偏角指令相等，实现两组控制律之间的平滑切换。本发明首次对控制回路中的校正网络进行形式变换，分离出隐含的积分器，并对该积分器赋初值。本发明提供的方法仅需一个运行周期即可实现控制律切换，无重复计算，切换效率高，不需通过仿真调整淡入淡出参数，避免了传统的经验试凑。

主权项

一种无人机纵向控制律平滑切换方法，针对制导回路控制律中有校正网络，姿控回路控制律中有校正网络的情况，包括以下几个步骤：步骤一：将校正网络变换成新的表达形式，分离出隐含的积分器；校正网络和校正网络分别属于制导回路和姿态回路，其中s为拉普拉斯算子，a、b、c、d、a1、b1、c1、d1为校正网络的系数，将上述两个校正网络变换成以下形式：1)制导回路中的校正网络：cs+das+b=ca+(db-ca)·ba·1s1+ba·1s]]>令Φ(s)=ba·1s1+ba·1s]]>将Φ(s)视为单位反馈闭环传递函数，则其开环传递函数为G(s)=ba·1s]]>2)姿态回路中的校正网络：c1s+d1a1s+b1=c1a1+(d1b1-c1a1)·b1a1·1s1+b1a1·1s]]>令Φ1(s)=b1a1·1s1+b1a1·1s]]>将Φ1(s)视为单位反馈闭环传递函数，则其开环传递函数为G1(s)=b1a1·1s]]>步骤二：定义积分器初值变量和中间变量；1)定义积分器的初值变量(1)制导回路PID控制器的积分器的初值变量为x0；(2)制导回路中校正网络的积分器的初值变量为x1；(3)姿控回路中校正网络的积分器的初值变量为x2；2)定义中间变量(1)制导回路中校正网络的输入信号为xin1；(2)姿控回路中校正网络的输入信号为xin2；(3)姿控回路的输入信号为；(4)升降舵舵回路的输入信号为δzch；步骤三：计算积分器初值；控制律在ts时刻进行切换，已知由前一组控制律在ts时刻解算出的升降舵舵偏指令为δzcq，通过对新的控制律中的积分器赋初值x0、x1、x2，使得由新的控制律在ts+τ时刻解算出的升降舵舵偏指令δzcq等于δzch；τ为无人机的运行周期；以下按照由内到外的顺序分别计算积分器初值x2、x1、x0：1)姿控回路在控制律切换时刻，使得以下等式成立：c1a1·xin2+x2=δzcq]]>(d1b1-c1a1)·xin2-x2=0]]>则姿控回路中校正网络的输入信号xin2和积分器的初值x2分别为xin2=δzcqc1a1+(d1b1-c1a1)=b1d1·δzcq]]>x2=(d1b1-c1a1)·xin2=(d1b1-c1a1)·b1d1·δzcq]]>由于xin2=kθ·(θg-θ)-kωz·ωz]]>其中为俯仰角，ωz为俯仰角速度，为俯仰角反馈增益系数，为俯仰角速度反馈增益系数，则姿控回路的输入信号为θg=1kθ·(b1d1·δzcq+kωz·ωz)+θ]]>2)制导回路在控制律切换时刻，使得以下等式成立：ca·xin1+x1=θg]]>(db-ca)·xin1-x1=0]]>则制导回路校正网络的输入信号xin1和积分器的初值x1分别为xin1=θgca+(db-ca)=bd·θg]]>x1=(db-ca)·xin1=(db-ca)·bd·θg]]>由于xin1＝kp·(hg‑h)+x0+kd·(vyg‑vy)其中hg为高度给定指令，h为高度，vyg为升降速度给定指令，vy为升降速度，kp为高度反馈增益系数，kd为升降速度反馈增益系数，则制导回路PID控制器中积分器的初值x0为x0=bd·θg-kp·(hg-h)-kd·(vyg-vy)]]>所以积分器初值x0、x1、x2的表达式分别为x2=(d1b1-c1a1)·b1d1·δzcq]]>x1=(db-ca)·bd·θg]]>x0=bd·θg-kp·(hg-h)-kd·(vyg-vy)]]>其中步骤四：将步骤三中计算的积分器初值x0、x1、x2代入需要切换的控制律中的积分器，最终实现两组纵向控制律之间的平稳切换。