[发明专利]一种基于空间矢量场制导的平流层飞艇路径跟踪控制方法

摘要

一种基于空间矢量场制导的平流层飞艇路径跟踪控制方法，步骤如下：1.给定期望跟踪值：给定期望任务路径；给定期望前向速度；计算该期望速度下受到的阻力合力F_f；2.导航计算：计算消除期望位置与实际位置之间的误差所需的期望偏航角ψ^d和期望俯仰角θ^d；3.路径跟踪偏航角和俯仰角误差计算：计算期望偏航角与实际偏航角之间的误差期望俯仰角与实际俯仰角之间的误差4.滑模控制器计算：计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差，以及飞艇的速度控制所需的控制量U；5.各执行部件控制信号计算：计算实现滑模控制量U所需的执行部件控制量δ_el,δ_er,δ_r,T,γ。控制流程见附图。

主权项

1.一种基于空间矢量场制导的平流层飞艇路径跟踪控制方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一 给定期望跟踪值：给定期望任务路径；给定期望前向速度；步骤二 导航计算：计算消除期望位置与实际位置之间的误差所需的期望偏航角ψ^d和期望俯仰角θ^d；所述的计算消除期望位置与实际位置之间的误差所需的期望偏航角ψ^d，期望偏航角θ^d，其计算方法如下：其中ψ^∞为设定的初始偏航角，θ^∞为设定的初始俯仰角，d^ψ,d^θ分别为机体与任务路径间的位置误差在水平面和竖直方向的投影分量；k＞0为决定矢量场中矢量方向转换速度的参数；在此处约定任务路径上距机体距离最近的点为期望点P_m，任务路径在期望点的切线为L，χ^ψ为切线L与北向夹角，χ^θ为切线L与水平面的夹角；空间直线：d^ψ,d^θ可由规划路径起始点坐标P_A＝[x_A y_A z_A]^T，机体位置坐标P_o＝[x₀ y₀ z₀]^T，以及直线路径与北向夹角ξ^ψ和与水平面的夹角ξ^θ确定；此种情况下χ^ψ＝ξ^ψ,χ^θ＝ξ^θ；螺旋线：d^ψ,d^θ可由螺旋线路径p_o(c^x,c^y,c^z,c^r,c^λ)，机体位置坐标P_o＝[x₀ y₀ z₀]^T确定；此时χ^ψ,χ^θ由详细的几何计算得出；步骤三 路径跟踪偏航角和俯仰角误差计算：计算期望偏航角与实际偏航角之间的误差期望俯仰角与实际俯仰角之间的误差步骤四 滑模控制器计算：计算消除期望姿态角与实际姿态角之间误差，以及飞艇的速度控制所需的控制量U；步骤五 各执行部件控制信号计算：计算实现滑模控制量U所需的执行部件控制量δ_el,δ_er,δ_r,T,γ；δ_el,δ_er分别表示左右升降舵偏角，δ_r表示方向舵偏角，T表示单个螺旋桨产生推力，γ表示矢量装置的矢量偏角。