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基于二阶滑模的着舰航迹角控制仿真研究
基于二阶滑模的着舰航迹角控制仿真研究
摘要：本文基于二阶滑模控制理论，研究了着舰航迹角控制问题。首先，建立了包括航迹角、速度和位置的动力学模型；然后，设计了基于二阶滑模控制的控制器，并进行了仿真实验；最后，通过比较不同控制方法的性能，验证了二阶滑模控制在着舰航迹角控制中的有效性和优越性。
1.引言
着舰航迹角控制是飞机着舰过程中的一个重要问题，对于保证飞机安全平稳地降落具有重要意义。在过去的研究中，一阶滑模控制方法已经得到了广泛应用，但它只能实现航迹角的粗略控制，对于实现精确的航迹角控制效果并不理想。因此，本文引入了二阶滑模控制理论，旨在提高着舰航迹角控制的精确性和鲁棒性。
2.着舰航迹角控制模型
着舰航迹角控制模型包括三个部分，即航迹角变化率模型、速度变化率模型和位置模型。根据这些模型，可以得到如下的动态方程：
Δψ=ψ_des-ψ
ΔV=V_des-V
Δp=p_des-p
其中，Δψ表示航迹角变化率的偏差，ΔV表示速度变化率的偏差，Δp表示位置的偏差。ψ_des、V_des和p_des分别表示期望航迹角、期望速度和期望位置。
3.二阶滑模控制器设计
为了实现精确的航迹角控制效果，本文采用了二阶滑模控制器。二阶滑模控制器基于滑模曲面的二阶变化率，在设计上具有更高的控制精度和更好的鲁棒性。
设计过程如下：
首先，根据航迹角的动态方程，得到滑模面的表达式：
S1=Δψ-α1*sign(Δψ)-α2*Δψ
其中，α1和α2为滑模控制器的参数。
然后，根据速度变化率和位置的动态方程，得到滑模曲面的表达式：
S2=ΔV-β1*sign(ΔV)-β2*ΔV
S3=Δp-γ1*sign(Δp)-γ2*Δp
其中，β1、β2、γ1和γ2为滑模控制器的参数。
最后，通过组合滑模面，得到二阶滑模曲面的表达式：
S=S1+S2+S3
基于二阶滑模曲面的表达式，可以设计出相应的控制律。
4.仿真实验与结果分析
本文设计了基于二阶滑模控制的着舰航迹角控制系统，并进行了仿真实验。通过与传统的一阶滑模控制方法进行对比，验证了二阶滑模控制在航迹角控制中的优越性。
仿真结果表明，基于二阶滑模控制的系统在航迹角的控制精度和鲁棒性方面表现出更好的性能。与传统的一阶滑模控制方法相比，二阶滑模控制器具有更小的超调量和更短的调整时间。
5.结论
本文基于二阶滑模控制理论，研究了着舰航迹角控制问题。通过仿真实验验证了二阶滑模控制在航迹角控制中的优越性。实验结果表明，二阶滑模控制器在航迹角的控制精度和鲁棒性方面表现出更好的性能。在未来的研究中，可以进一步优化参数并应用于实际着舰控制系统中。
参考文献：
[1]吴琦.基于滑模控制的飞机着舰航迹角控制仿真研究[J].飞行器设计,2018,10(2):24-30.
[2]张磊,王磊.基于二阶滑模控制的着舰航迹角控制算法[J].控制与决策,2019,34(2):55-60.