本发明专利技术“一种抗干扰无人飞行器路径跟踪控制方法”，提供一种抗干扰无人飞行器路径跟踪控制方法，相对于基于传统向量场制导的路径跟踪控制方法，本方法对外界扰动具有更好的鲁棒性，属于自动控制技术领域。其具体步骤如下：步骤一， 给定期望跟踪值：给定期望平面路径；给定期望速度。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航向角 。步骤三， 路径跟踪航向角误差计算：计算期望航向角与实际航向角之间的误差。步骤四， 滑模控制器计算：计算消除期望航向角与实际航向角间误差所需的控制量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供，相对于基于传统向量场制 导的路径跟踪控制方法，本方法对外界扰动具有更好的鲁棒性，属于自动控制
技术介绍
无人飞行器的跟踪控制包括轨迹跟踪控制和路径跟踪控制两种，是当今自主飞行 控制研究的热点和难点。路径跟踪问题要求系统收敛到给定的且与时间无关的几何路径 上，并做匀速或分段匀速运动。 目前路径跟踪主要的设计方法有反步法和制导路径跟踪理论等，其中制导方法包 括视线制导、坐标变换制导、向量场制导等。向量场制导方法采用在跟踪路径周围建立向量 场的方法解算期望姿态，而不是跟踪期望路径上虚拟点。场中的向量能够提供引导飞行器 趋向期望路径所需的航向角信息，因而飞行器只需改变自身姿态即可实现路径跟踪。这种 制导方式能够将控制目标中空间与时间解耦，为后续发展基于时间控制项的控制目标(如 基于速度控制的协同组网）留下可能。 然而，传统的向量场制导技术在处理具有外界扰动的路径跟踪问题时具有一定的 局限性。向量场向量角度的生成只与飞行器的位置误差有关，在飞行器受到位置扰动时，由 于飞行器位置误差并未发生明显变化，因此向量场不能及时做出调整来消除扰动的影响。 本专利技术""，在传统向量场制导的基础 上，加入位置误差积分项，提出了基于积分向量场制导方法的平面路径跟踪控制方法。该方 法通过引入误差积分项，提高了路径跟踪算法对未知扰动的鲁棒性。由该方法控制的闭环 系统是有界稳定的，且具有良好的收敛效果，这就为该无人飞行器在具有扰动情况下的路 径跟踪控制问题提供了有效的设计手段。
技术实现思路
(1)目的：本专利技术的目的在于提供一种基于积分向量场制导技术的抗干扰路径跟 踪控制方法，控制工程师可以按照该方法并结合实际参数实现飞行器在未知扰动环境中的 路径跟踪控制。 ⑵技术方案：本专利技术""，其主要内容 及程序是： 路径跟踪的期望路径直线可以近似分解为参数化的直线和圆弧。基于积分向量场的平 面路径跟踪方法先利用积分向量场理论在给定期望路径(包括直线和圆弧路径）所在平面 建立导航向量场，生成期望角度；然后利用滑模控制理论设计路径跟踪控制器，使其跟踪误 差在有限时间内趋近于零。实际应用中，飞行器的位置、姿态、速度等状态量由组合惯导等 机载传感器测量得到，将由该方法计算得到的控制量传输至舵机与发动机等执行装置即可 实现飞行器的平面路径跟踪功能。 本专利技术""，其具体步骤如下： 步骤一给定期望跟踪值：给定期望平面路径；给定期望速度； 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航向角 m 5 步骤三路径跟踪航向角误差计算：计算期望航向角与实际航向角之间的误差i ; 步骤四滑模控制器计算：计算消除期望航向角与实际航向角间误差所需的控制量 ...?:者： / 〇 其中，在步骤一中所述的给定期望平面路径分为直线和圆弧两种，直线路径由直 线与北向夹角与规划路径起始点坐标确定，记作圆路径由圆心位置与半径确 定记作_|^__|。所述的给定期望速度为为常数， %:义:％为期望速度沿艇体坐标系的分解量。 其中，在步骤二中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航 向角其计算方法如下： 直线：，其中为设定的初始航向角，I为机 体与直线路径之间的位置误差，可由规划路径起始点坐标3机体位置坐标与直线路径由直线与北向夹角I求得，为位置误差积 分项，σ > O为控制参数为无人飞行器航向角，可由机体轴与北向夹角_与直线位置角 藝求得，即戴为决定向量场中向量方向转换速度的参数； 圆弧：^ ,其中i:为机体位置与期望路径圆心 连线与北向夹角，可由机体位置忍与期望路径圆心位置轉赛|_ :||求得， 为机体位置与期望路径之间的距离，：为位置误差积分 项，为控制参数；为决定向量场中向量方向转换速度的参数。 其中，在步骤三中所述的路径跟踪航向角误差_，其计算方法如下： 其中，在步骤四中所述的消除期望航向角与实际航向角之间的误差所需的控制量 /1，其计算方法如下： (3)优点及效果： 本专利技术""，与现有技术比，其优点是： 1) 该方法直接利用路径周围向量场而不是跟踪路径上虚拟点进行路径跟踪，将时间与 空间解耦，可实现其他与时间相关的控制目的，如在时间约束下的协同飞行； 2) 该方法能够保证闭环系统的渐近稳定性能，且收敛速度及滑动流形边界层厚度可根 据实际要求进行调节； 3) 该方法相比与传统向量场制导方法，增加了位置误差积分项，增加了路径跟踪控制 算法对未知扰动的鲁棒性； 4) 该方法采用变结构控制算法，结构简单，响应速度快，易于工程实现。 控制工程师在应用过程中可以根据实际无人飞行器给定任意期望巡航路径，并将 由该方法计算得到的控制量直接传输至执行机构实现路径跟踪功能。 【附图说明】： 图1为本专利技术所述控制方法流程框图； 图2为本专利技术向量场直线路径导航计算几何关系图； 图3为本专利技术向量场圆弧路径导航计算几何关系图； 符号说明如下： 为直线期望路径规划起始点位置；::为无人飞行器在惯性坐标系下的当前位置； _期望直线路径与当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
本专利技术“一种抗干扰无人飞行器路径跟踪控制方法”，其特征在于，具体步骤如下：步骤一 给定期望跟踪值：给定期望平面路径；给定期望速度；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航向角 ；步骤三 路径跟踪航向角误差计算：计算期望航向角与实际航向角之间的误差；步骤四 滑模控制器计算：计算消除期望航向角与实际航向角间误差所需的控制量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑泽伟，祝明，
申请(专利权)人：北京天航华创科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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