專(zhuān)利名稱(chēng)：一種平流層飛艇航跡控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航天航空領(lǐng)域的飛行控制方法，特別涉及一種平流層飛艇航跡控制方法，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
平流層飛艇是指一種以浮升氣體(氦氣)提供靜升力，依靠控制系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)在平流層空域定點(diǎn)駐留和低速機(jī)動(dòng)的飛行器，具有留空時(shí)間長(zhǎng)、載荷量大、效費(fèi)比高、隱身性能好、生存能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于偵察監(jiān)視、戰(zhàn)區(qū)預(yù)警、通信中繼、環(huán)境監(jiān)測(cè)、應(yīng)急救災(zāi)、科學(xué)探測(cè)等領(lǐng)域，具有重要的商業(yè)和軍事應(yīng)用價(jià)值，當(dāng)前已成為航空領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。平流層飛艇的總體布局、飛行機(jī)理以及工作模式顯著不同于飛機(jī)、導(dǎo)彈等傳統(tǒng)飛行器，提出了一系列飛行控制研究的新課題。其中，航跡控制是飛行控制研究的重難點(diǎn)問(wèn)題，也是平流層飛艇研制和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
從控制角度分析，平流層飛艇是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象，具有多變量、非線性、不確定等特點(diǎn)，且易受參數(shù)攝動(dòng)和外界擾動(dòng)的影響，因此，航跡控制成為其飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。已有研究成果對(duì)飛艇航跡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大都基于線性化動(dòng)力學(xué)模型，未考慮非線性因素以及縱向和橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)之間的耦合作用，僅在平衡點(diǎn)附近有效。對(duì)于飛行過(guò)程中的不確定性和外界干擾，已有文獻(xiàn)中通常采用滑模控制方法來(lái)設(shè)計(jì)航跡控制系統(tǒng)，滑模控制對(duì)參數(shù)攝動(dòng)及外界干擾具有強(qiáng)魯棒性，但由于滑?？刂坡稍诓煌刂七壿嬛g來(lái)回切換導(dǎo)致抖振，從而影響控制系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，有必要提供一種能有效抑制抖振的平流層飛艇航跡控制方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種平流層飛艇航跡控制方法，包括以下步驟步驟I給定飛艇的指令航跡nd = [xd, yd, ￥d]T其中xd、yd、Vd分別為指令X坐標(biāo)、指令Y坐標(biāo)和指令航向角，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置；步驟2計(jì)算出所述指令航跡與飛艇實(shí)際航跡之間的誤差量e，其具體計(jì)算方法為e=nd-n = [xd-x, yd-y, Ψ<ΓΨ]Τ,其中 η = [χ, y, Ψ]τ 為實(shí)際航跡，χ、y、Ψ 分別為實(shí)際航跡的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和航向角；步驟3選取滑模面及趨近律設(shè)計(jì)滑?？刂坡?，計(jì)算系統(tǒng)控制量τ ；步驟4以所述滑模面為模糊控制器的輸入，以控制參數(shù)為所述模糊控制器的輸出設(shè)計(jì)模糊控制器，通過(guò)模糊規(guī)則在線調(diào)整控制參數(shù)。更進(jìn)一步，步驟3中所述滑?？刂坡傻木唧w設(shè)計(jì)方法為
(a)建立飛艇航跡模型如下
權(quán)利要求
1.一種平流層飛艇航跡控制方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I給定飛艇的指令航跡Hd :1U = [xd，yd，vd]T 其中xd、yd、Vd分別為指令X坐標(biāo)、指令Y坐標(biāo)和指令航向角，上標(biāo)T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置； 步驟2計(jì)算出所述指令航跡與飛艇實(shí)際航跡之間的誤差量e，其具體計(jì)算方法為e =nd- n = [xd-x, yd-y, Vd-V]T,其中η = [x, y, Ψ]τ為實(shí)際航跡，x、y、Ψ分別為實(shí)際航跡的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)和航向角； 步驟3選取滑模面s及趨近律設(shè)計(jì)滑?？刂坡?，計(jì)算系統(tǒng)控制量τ ； 步驟4以所述滑模面s為模糊控制器的輸入，以控制參數(shù)為所述模糊控制器的輸出設(shè)計(jì)模糊控制器，通過(guò)模糊規(guī)則在線調(diào)整控制參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種平流層飛艇航跡控制方法，其特征在于步驟3中所述滑?？刂坡傻木唧w設(shè)計(jì)方法為 (a)建立飛艇航跡模型如下
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種平流層飛艇航跡控制方法，其特征在于所述模糊控制器的具體設(shè)計(jì)方法為(a)令模糊控制器的輸入變量為滑模面S，輸出變量為k，根據(jù)s的變化在線調(diào)整k的取值； (b)定義輸入輸出變量的模糊集合，描述輸入變量和輸出變量的模糊子集定義為{NB，NS, Z0, PS, PB}，其中，NB為負(fù)方向數(shù)值較大、NS為負(fù)方向數(shù)值較小、ZO為零、PS為正方向數(shù)值較小、PB為正方向數(shù)值較大； (c)設(shè)置模糊規(guī)則，具體的模糊規(guī)則為Rw:若Si為F/，則Ici為其中，RU)為模糊規(guī)則語(yǔ)句，F(xiàn)/為變量Si模糊集合的子集，Bj為第j條模糊規(guī)則的輸出； (d)采用重心法去模糊化，輸出滿足如下條件 其中，μ (Bj)為Bj的隸屬度函數(shù)，n為模糊規(guī)則條數(shù)，通過(guò)上述的模糊控制器能夠?qū)崿F(xiàn)在線調(diào)整控制參數(shù)k”
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種平流層飛艇航跡控制方法，包括以下步驟步驟1給定飛艇指令航跡；步驟2計(jì)算出所述飛艇指令航跡與實(shí)際航跡之間的誤差量e；步驟3選取滑模面s及趨近律設(shè)計(jì)滑模控制律，計(jì)算系統(tǒng)控制量τ；步驟4以所述滑模面s為模糊控制器的輸入，以控制參數(shù)為所述模糊控制器的輸出設(shè)計(jì)模糊控制器，通過(guò)模糊規(guī)則在線調(diào)整控制參數(shù)。該方法能夠穩(wěn)定跟蹤指令航跡，且克服了滑?？刂茖?dǎo)致的抖振問(wèn)題，具有良好的魯棒性和動(dòng)態(tài)性能，為平流層飛艇航跡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有效方案。
文檔編號(hào)G05D1/10GK102759928SQ20121012837
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者吳杰, 楊躍能, 鄒東升, 鄭偉 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)