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    基于運動狀態綜合識別的軸對稱飛行器三通道自適應控制系統設計方法技術方案

    技術編號:10316226 閱讀:239 留言:0更新日期:2014-08-13 17:38
    本發明專利技術公開了一種基于運動狀態綜合識別的軸對稱飛行器三通道自適應控制系統設計方法,用于解決現有高超聲速飛行器模糊自適應控制方法實用性差的技術問題。技術方案是建立適用于特征參數實時在線識別的特征模型,構建飛行器特征參數與飛行器運動狀態之間的關系,再根據飛行器上現有傳感器對運動狀態量的可測量結果,直接或間接構建出用于在線實時綜合識別出飛行器飛行狀態的特征狀態量,根據飛行控制系統的性能指標,把構建好的特征狀態量與具體控制方法相結合,使得所設計的控制系統能夠對飛行器的運動狀態進行綜合識別,達到在線快速識別飛行器運動狀態和調節控制系統參數的效果,提高了軸對稱飛行器三通道自適應控制系統的實用性。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及一種軸對稱飛行器三通道自適應控制系統設計方法,特別是涉及一種。
    技術介紹
    隨著飛行器自身結構的不斷發展和飛行包絡的不斷增大,其數學模型難以準確建立,尤其是其氣動特性隨著飛行環境和飛行姿態的改變而呈現快時變性和強不確定性,這給飛行器的控制系統設計帶來了許多困難。許多傳統的控制方法已經不再適用,飛行器的控制系統設計從傳統的控制器參數離線裝訂和切換向采用控制器參數在線可調的自適應控制方向發展。文獻“基于Backstepping的高超聲速飛行器模糊自適應控制,控制理論與應用,2008,Vol.25(5),p805?p810”利用系統辨識方法在線辨識飛行器由于氣動參數變化而引起的不確定性,并采用李雅普諾夫理論設計了自適應控制律以保證系統的穩定性和指令的跟蹤。自適應控制為了調整控制器參數,需要在飛行器飛行過程中不斷提取對象模型的信息。文獻中的自適應控制方法屬間接自適應控制范疇,其基本思想是:首先對系統參數進行在線辨識,然后基于辨識系統設計控制律。在實際應用中,傳統辨識方法具有收斂時間長和不夠精確等不足之處。
    技術實現思路
    為了克服現有高超聲速飛行器模糊自適應控制方法實用性差的不足,本專利技術提供一種。該方法根據飛行器的一般動力學模型建立適用于特征參數實時在線識別的特征模型,構建飛行器特征參數與飛行器運動狀態之間的關系,再根據飛行器上現有傳感器對運動狀態量的可測量結果,直接或間接構建出用于在線實時綜合識別出飛行器飛行狀態的特征狀態量,根據飛行控制系統的性能指標,把構建好的特征狀態量與極點配置法、變結構控制方法以及魯棒控制方法相結合,使得所設計的控制系統能夠對飛行器的運動狀態進行綜合識別,達到在線快速識別飛行器運動狀態和調節控制系統參數的效果,實用性強。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是:一種,其特點是采用以下步驟:步驟一、構建飛行器運動狀態的三通道特征模型和特征狀態量。根據飛行器的姿態動力學方程,建立以攻角α,側滑角β和滾轉角Y為狀態變量的姿態動力學一般模型如下:本文檔來自技高網...

    【技術保護點】
    一種基于運動狀態綜合識別的軸對稱飛行器三通道自適應控制系統設計方法,其特征在于包括以下步驟:步驟一、構建飛行器運動狀態的三通道特征模型和特征狀態量;根據飛行器的姿態動力學方程,建立以攻角α,側滑角β和滾轉角γ為狀態變量的姿態動力學一般模型如下:Jzα··=Mzω‾zω‾z+Mzαα+Mzδzδz+Mzα·α·+Mzδ·zδ·zJyβ··=Myω‾yω‾y+Myββ+Myδyδy+Myβ·β·+Myδ·yδ·yJxγ&CenterDot;·=Mxω‾xγ·+Mxδxδx---(1)]]>其中,Jx,Jy,Jz分別為飛行器的滾轉、偏航、和俯仰通道的轉動慣量;分別為滾轉、俯仰和偏航通道的無量綱的姿態角速率;分別為滾轉、偏航和俯仰三通道阻尼力矩對各通道姿態角速率的偏導數;為滾轉、偏航和俯仰通道的操縱力矩對各通道舵偏角的偏導數;分別為俯仰和偏航通道的靜穩定力矩對攻角、側滑角的偏導數;分別為下洗效應對正常式氣動布局飛行器俯仰、偏航通道的影響力矩;為下洗效應對鴨式布局飛行器俯仰、偏航通道的影響力矩;利用軸對稱飛行器三通道獨立設計的一般假設條件,忽略側向通道和滾轉通道間的氣動耦合,所建立的簡化的三通道姿態運動模型如下:α··-Ap1α·-Ap2α=Bpδz+Ap1Ex+f1(δ·z)β··-Ay1β·-Ay2β=Byδy+Ay1Ey+f2(δ·y)γ··-Ar1γ·=Brδx---(2)]]>其中,分別為俯仰、偏航通道的未建模項;[Ap1?Ap2?Bp?Ey]、[Ay1?Ay2?By?Ez]、[Ar?Br?Ex]分別為俯仰、偏航和滾轉三個通道的特征狀態量;具體表達式如下: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]為飛行器在航跡坐標系下的加速度分量;步驟二、構建特征狀態量與飛行器運動狀態之間的關系;基于式(2)的飛行器三通道姿態運動模型實現特征狀態量的構建;首先利用風動實驗數據或計算流體力學對飛行器的靜態穩定特性進行建模分析,結合式(3)對特征參數Ap2和Ay2的值進行擬合和離線估算,對軸對稱飛行器,有Ap2=Ay2;其次,根據狀態量Ap2和Ay2的離線估值,結合特征運動模型實現其它全部特征狀態量的建模求解;具體求解方法如下:對式(2)各方程關于時間求導,并與式(2)本身聯立,解得:Ap1=δ·z(α··-Ap2α)-δz(α···-Ap2α·)(α·+Ey)δ·z-α··δzBp=-α··(α··-Ap2α)+(α·...

    【技術特征摘要】
    1.一種基于運動狀態綜合識別的軸對稱飛行器三通道自適應控制系統設計方法,其特征在于包括以下步驟: 步驟一、構建飛行器運動狀態的...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:林鵬周軍,鄧濤,王楷董詩萌,
    申請(專利權)人:西北工業大學
    類型:發明
    國別省市:陜西;61

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