[发明专利]一种基于矢量场制导和最小二乘法的平流层飞艇控制分配方法

摘要

一种基于矢量场制导和最小二乘法的平流层飞艇控制分配方法，步骤如下：1.建立平流层飞艇的动力学模型；2.建立虚拟控制量和执行机构之间关系的状态方程；3.设计上层控制器，利用滑模控制器和前向速度控制器来得到虚拟控制量τ；4.根据执行机构的布局建立虚拟控制量和实际控制量之间的等式关系，在考虑执行机构物理限制的情况下，得到近似的加权最小二乘法公式；5.利用拉格朗日函数和鞍点定理把加权最小二乘法公式简化成一个关于实际控制量的分段函数；6.利用递归神经网络求解分段函数得到实际控制量。控制流程见附图。

主权项

1.一种基于矢量场和最小二乘法的平流层飞艇控制分配方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一建立平流层飞艇的动力学模型：简化平流层飞艇的结构，得到虚拟控制量和飞艇飞行状态之间的相互关系的状态方程；步骤二建立虚拟控制量和执行机构的关系：通过分析平流层飞艇的受力情况，得到虚拟控制量和执行机构之间的关系；步骤三设计上层路径跟踪控制器：根据给定的期望平面路径计算期望偏航角，计算期望偏航角与实际偏航角之间的误差，利用滑模控制器计算消除误差所需要的虚拟控制量；步骤四平流层飞艇的最小二乘法公式推导：根据执行机构的布局建立虚拟控制量和实际控制量之间的等式关系，在考虑执行机构物理限制的情况下，得到近似的加权最小二乘法公式；在步骤四中所述的平流层飞艇加权最小二乘法公式，其计算方法如下：在控制分配器的计算步骤中，最小二乘法，拉格朗日函数以及递归神经网络均与期望平面路径没有关系，只是在现有虚拟控制量的基础上，对其进行分配，得到各个执行机构的最优化工作方案；其中，W_u和W_τ为权重矩阵，u和分别是执行机构的物理约束条件，A是控制分配矩阵；步骤五简化加权最小二乘法公式：利用拉格朗日函数和鞍点定理把加权最小二乘法公式简化成一个关于实际控制量的分段函数；在步骤五中所述的简化后的加权最小二乘法公式，其表达式如下：其中，和再由拉格朗日函数和鞍点定理整理这个最优化公式可以到步骤五中所述的分段函数，其表达式如下：其中，R＝DH‑1DT,W＝H‑1DT,q＝‑DH‑1c,K＝‑H‑1c；u表示实际控制量，u0表示控制输入的预先控制量，σ表示权重因子，τc表示虚拟控制量；步骤六实际控制量的计算：利用递归神经网络求解分段函数得到实际控制量；在步骤六中所述的递归神经网络方法，其计算方法如下：得到实际控制量的表达式为：u(t)＝Wξ(t)+K。