基于运动状态综合识别的轴对称飞行器三通道自适应控制系统设计方法技术方案

技术编号:10316226 阅读:227 留言:0更新日期:2014-08-13 17:38
本发明专利技术公开了一种基于运动状态综合识别的轴对称飞行器三通道自适应控制系统设计方法,用于解决现有高超声速飞行器模糊自适应控制方法实用性差的技术问题。技术方案是建立适用于特征参数实时在线识别的特征模型,构建飞行器特征参数与飞行器运动状态之间的关系,再根据飞行器上现有传感器对运动状态量的可测量结果,直接或间接构建出用于在线实时综合识别出飞行器飞行状态的特征状态量,根据飞行控制系统的性能指标,把构建好的特征状态量与具体控制方法相结合,使得所设计的控制系统能够对飞行器的运动状态进行综合识别,达到在线快速识别飞行器运动状态和调节控制系统参数的效果,提高了轴对称飞行器三通道自适应控制系统的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轴对称飞行器三通道自适应控制系统设计方法,特别是涉及一种。
技术介绍
随着飞行器自身结构的不断发展和飞行包络的不断增大,其数学模型难以准确建立,尤其是其气动特性随着飞行环境和飞行姿态的改变而呈现快时变性和强不确定性,这给飞行器的控制系统设计带来了许多困难。许多传统的控制方法已经不再适用,飞行器的控制系统设计从传统的控制器参数离线装订和切换向采用控制器参数在线可调的自适应控制方向发展。文献“基于Backstepping的高超声速飞行器模糊自适应控制,控制理论与应用,2008,Vol.25(5),p805?p810”利用系统辨识方法在线辨识飞行器由于气动参数变化而引起的不确定性,并采用李雅普诺夫理论设计了自适应控制律以保证系统的稳定性和指令的跟踪。自适应控制为了调整控制器参数,需要在飞行器飞行过程中不断提取对象模型的信息。文献中的自适应控制方法属间接自适应控制范畴,其基本思想是:首先对系统参数进行在线辨识,然后基于辨识系统设计控制律。在实际应用中,传统辨识方法具有收敛时间长和不够精确等不足之处。
技术实现思路
为了克服现有高超声速飞行器模糊自适应控制方法实用性差的不足,本专利技术提供一种。该方法根据飞行器的一般动力学模型建立适用于特征参数实时在线识别的特征模型,构建飞行器特征参数与飞行器运动状态之间的关系,再根据飞行器上现有传感器对运动状态量的可测量结果,直接或间接构建出用于在线实时综合识别出飞行器飞行状态的特征状态量,根据飞行控制系统的性能指标,把构建好的特征状态量与极点配置法、变结构控制方法以及鲁棒控制方法相结合,使得所设计的控制系统能够对飞行器的运动状态进行综合识别,达到在线快速识别飞行器运动状态和调节控制系统参数的效果,实用性强。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种,其特点是采用以下步骤:步骤一、构建飞行器运动状态的三通道特征模型和特征状态量。根据飞行器的姿态动力学方程,建立以攻角α,侧滑角β和滚转角Y为状态变量的姿态动力学一般模型如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于运动状态综合识别的轴对称飞行器三通道自适应控制系统设计方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、构建飞行器运动状态的三通道特征模型和特征状态量;根据飞行器的姿态动力学方程,建立以攻角α,侧滑角β和滚转角γ为状态变量的姿态动力学一般模型如下:Jzα··=Mzω‾zω‾z+Mzαα+Mzδzδz+Mzα·α·+Mzδ·zδ·zJyβ··=Myω‾yω‾y+Myββ+Myδyδy+Myβ·β·+Myδ·yδ·yJxγ··=Mxω‾xγ·+Mxδxδx---(1)]]>其中,Jx,Jy,Jz分别为飞行器的滚转、偏航、和俯仰通道的转动惯量;分别为滚转、俯仰和偏航通道的无量纲的姿态角速率;分别为滚转、偏航和俯仰三通道阻尼力矩对各通道姿态角速率的偏导数;为滚转、偏航和俯仰通道的操纵力矩对各通道舵偏角的偏导数;分别为俯仰和偏航通道的静稳定力矩对攻角、侧滑角的偏导数;分别为下洗效应对正常式气动布局飞行器俯仰、偏航通道的影响力矩;为下洗效应对鸭式布局飞行器俯仰、偏航通道的影响力矩;利用轴对称飞行器三通道独立设计的一般假设条件,忽略侧向通道和滚转通道间的气动耦合,所建立的简化的三通道姿态运动模型如下:α··-Ap1α·-Ap2α=Bpδz+Ap1Ex+f1(δ·z)β··-Ay1β·-Ay2β=Byδy+Ay1Ey+f2(δ·y)γ··-Ar1γ·=Brδx---(2)]]>其中,分别为俯仰、偏航通道的未建模项;[Ap1 Ap2 Bp Ey]、[Ay1 Ay2 By Ez]、[Ar Br Ex]分别为俯仰、偏航和滚转三个通道的特征状态量;具体表达式如下:Ap1=Mzω‾z+Mzα·J,Ap2=MzαJ,Bp=MzδzJ,Ar1=Mxω‾xJxAy1=Myω‾y+Myβ·J,Ay2=MyβJBy=MyδyJ,Br=MxδxJxEx=axhV,Ey=ayhV,Ez=azhV---(3)]]>其中,[axh,ayh,azh]为飞行器在航迹坐标系下的加速度分量;步骤二、构建特征状态量与飞行器运动状态之间的关系;基于式(2)的飞行器三通道姿态运动模型实现特征状态量的构建;首先利用风动实验数据或计算流体力学对飞行器的静态稳定特性进行建模分析,结合式(3)对特征参数Ap2和Ay2的值进行拟合和离线估算,对轴对称飞行器,有Ap2=Ay2;其次,根据状态量Ap2和Ay2的离线估值,结合特征运动模型实现其它全部特征状态量的建模求解;具体求解方法如下:对式(2)各方程关于时间求导,并与式(2)本身联立,解得:Ap1=δ·z(α··-Ap2α)-δz(α···-Ap2α·)(α·+Ey)δ·z-α··δzBp=-α··(α··-Ap2α)+(α·...

【技术特征摘要】
1.一种基于运动状态综合识别的轴对称飞行器三通道自适应控制系统设计方法,其特征在于包括以下步骤: 步骤一、构建飞行器运动状态的...

【专利技术属性】
技术研发人员:林鹏周军邓涛王楷董诗萌
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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