飞行器俯仰姿态的线性自抗扰控制器设计与参数整定.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN105182984B(45)授权公告日2018.05.15(21)申请号201510416028.8CN102830622A,2012.12.19,全文.(22)申请日2015.07.16耿宏等.飞机纵向姿态自抗扰控制器的设计及参数优化.《系统仿真学报》.2010,第22卷全(65)同一申请的已公布的文献号文.申请公布号CN105182984AJianWangetc.ApplicationofActive(43)申请公布日2015.12.23DisturbanceRejectionControlto(73)专利权人孙明玮Integrated.《2010ChineseControland地址300071天津市南开区南开大学计算DecisionConference》.2010,全文.机与控制工程学院杨瑞光等.飞行器自抗扰姿态控制优化与专利权人王源仿真研究.《系统仿真学报》.2010,第22卷(第11期),第2689-2693页.(72)发明人孙明玮王源熊治国等.飞机俯仰运动自抗扰控制器设(74)专利代理机构北京细软智谷知识产权代理计.《信息与控制》.2005,第34卷(第5期),全文.有限责任公司11471詹韬等.基于ESO的再入飞行器姿态控制.代理人赵芳《导航定位与授时》.2014,第1卷(第3期),第18-(51)Int.Cl.24页.G05D1/08(2006.01)审查员赵珊珊(56)对比文件CN103777641A,2014.05.07,全文.权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称飞行器俯仰姿态的线性自抗扰控制器设计与参数整定方法(57)摘要本发明提供一种飞行器俯仰姿态的线性自抗扰控制器设计与参数整定方法，包括(1)、直接针对俯仰非线性动力学方程，建立描述升降舵影响俯仰角的直接与间接影响关系；(2)、针对步骤(1)得到的俯仰通道动力学方程，将所有的间接影响项作为扰动，设计线性扩张状态观测器，对其进行估计并补偿，并对于补偿后的系统采用简单的PD控制策略；(3)、对于步骤(1)得到的非线性方程，采用小扰动假设原理进行线性化，得到动力学系数；(4)、采用引入稳定裕度测试子的方法选择控制参数。该方法在确保控制器具有稳定的鲁棒性和良好的动态品质的基础上，具有十分简明的形式；同时基于稳定裕度测试子的图形参数整定方法具有直观地特点，避免了参数调试的CN105182984B盲目性。CN105182984B权利要求书1/2页1.飞行器俯仰姿态的线性自抗扰控制器设计与参数整定方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、直接针对俯仰非线性动力学方程，建立描述升降舵影响俯仰角的直接与间接影响关系的方程；(2)、针对步骤(1)得到的俯仰通道动力学方程，将所有的间接影响项作为扰动，设计线性扩张状态观测器，对其进行估计并补偿，并对于补偿后的系统采用简单的PD控制策略，形成俯仰通道独立的线性自抗扰控制策略；(3)、对于步骤(1)得到的非线性方程，采用小扰动假设原理进行线性化，得到动力学系数；(4)、在步骤(3)得到的线性模型结合步骤(2)设计的控制器，采用引入稳定裕度测试子的方法，绘制出A＝1,θ＝0°，A＝3,θ＝0°，A＝1/3,θ＝0°和A＝1,θ＝45°四条曲线所围成的封闭区域，并找到曲线(A,θ)＝(1,67.5°)落在该封闭区域内的部分，在这部分曲线上选择的坐标即为控制参数(kp,kd)；所述步骤(1)为针对一般飞行器俯仰通道的非线性方程描述为：其中θ是弹道倾角，是俯仰角，α是攻角，γ是滚转角，ωx,ωy,ωz分别是滚转、航向和俯仰角速度，m是飞行器质量，V是飞行器速度，P是发动机推力，L是气动升力，g是重力加速度，Ix,Iy,Iz分别是滚转、航向与俯仰方向转动惯量，Mz是俯仰力矩；步骤(2)中，俯仰方向的非线性动力学方程可以转换为：其中δz是升降舵偏，M(ωz)和M(α)分别姿态角速度和攻角产生的俯仰力矩分量，是操纵力矩系数；将不显含δz的项作为扩张状态，使用如下的观测器进行估计：其中这里ωo是观测器带宽，而这样通过合理的选择ωo，就可以得到扩张状态的近似估计为z2；如果令然后令2CN105182984B权利要求书2/2页其中是俯仰角指令，就可以得到线性自抗扰控制律为2.根据权利要求1所述的飞行器俯仰姿态的线性自抗扰控制器设计与参数整定方法，其特征在于：步骤(3)中，通过小扰动线性化得到的纵向短周期动力学可以描述为：其中aα,分别是俯仰力矩对于α、δz和ωz的偏导数，bα,分别是升力系数对于α和δz的偏导数。3CN105182984B说明书1/7页飞行器俯仰姿态的线性自抗扰控制器设计与参数整定方法技术领域[0001]本发明涉及航空航天领域，具体涉及一种飞行器俯