CN113126494B - 参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法 - Google Patents
参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113126494B CN113126494B CN202110402167.0A CN202110402167A CN113126494B CN 113126494 B CN113126494 B CN 113126494B CN 202110402167 A CN202110402167 A CN 202110402167A CN 113126494 B CN113126494 B CN 113126494B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- formula
- control parameter
- control
- altitude
- aircraft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法,属于飞行器控制领域。该方法首先设计了自回归模型对海浪高度进行预测,给出了引入海浪高度动态预测信息的飞行高度参考指令。然后将飞行器纵向动力学模型转换为速度子***和高度子***,针对速度子***设计动态逆控制;针对高度子***设计反步法控制,其中考虑海浪引起的气动特性未知问题,将气动函数转换为已知状态向量和未知气动参数向量相乘的线性参数化形式,设计自适应估计律对未知气动参数进行估计。该发明通过考虑海浪影响设计参考轨迹动态修正的气动辨识控制方法,实现了高度精细控制,对超低空掠海突防具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞行器控制方法,特别是涉及一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法,属于飞行器控制领域。
背景技术
飞行器超低空掠海飞行可以借助海面背景掩盖自身散射特征,有效避开船舰和机载雷达,实现对敌方海上船舰目标实施突袭,大大增强其生存和突防能力。海浪是影响超低空掠海飞行的主要环境因素,它一方面直接通过波浪频繁波动干扰飞行高度,另一方面通过影响气动特性影响高度控制精度,进而降低生存能力和低空突防效能。因此,对海浪引起的效应进行稳定补偿是实现飞行器稳定不击水掠海飞行的关键。
《低空掠海飞行拖靶自抗扰高度控制律设计》(方晓星,王勇,王英勋,南京理工大学学报,2012,36(05):835-839+845.)一文针对海浪波动引起的建模误差和外界扰动提出了自抗扰高度控制律设计方法。采用扩张状态观测器对未建模动态和干扰作用进行估计与补偿,引入微分反馈解决超调与快速性的矛盾。该方法将海浪影响建模为广泛扰动,没有对海浪影响进行针对性补偿,无法验证实际应用中的有效性。
发明内容
要解决的技术问题
针对飞行器超低空掠海飞行中海浪对高度干扰影响以及气动参数不确定问题,本发明设计了一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法。
技术方案
一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:考虑飞行器纵向通道动力学模型:
所述的运动学模型由五个状态量X=[V,h,γ,α,q]T和两个控制输入U=[δe,T]T组成;V表示速度,h表示高度,γ表示航迹角,α表示攻角,q表示俯仰角速度,δe表示舵偏角,T表示推力;m、Iyy和g分别表示质量、俯仰轴的转动惯量和重力引起的加速度;
力、力矩以及各系数的表达式为:
步骤2:自回归模型的最小二乘形式为
ζ(k)=ψT(k)θw (7)
ψ(k)=[-ζ(k-1),...,-ζ(k-nw)]T (8)
θw=[d1,...,dw]T (9)
其中,ζ(k)表示第k个时刻的海浪高度,θw表示未知参数,nw表示辨识阶次,由设计者给出;
采用带遗忘因子的递推最小二乘法对θw进行估计
其中,μ表示遗忘因子,由设计者给出;
步骤3:设计高度参考指令hd为
步骤4:将飞行器动力学模型解耦得到速度子***(1)和高度子***(2)-(5);
速度子***(1)写为
取x1=h,x2=γ,x3=θ,x4=q,其中θ=α+γ表示俯仰角,高度子***(2)-(5)写为
式中,γv>0为控制参数;
式中,k1>0为控制参数;
引入一阶滤波器
式中,α2>0为控制参数;
引入一阶滤波器
式中,α3>0为控制参数;
式中,k3>0为控制参数;
引入一阶滤波器
式中,α4>0为控制参数;
步骤7:根据得到的推力T和舵偏角δe,返回到飞行器动力学模型(1)-(5),对速度和高度进行跟踪控制。
一种计算机***,其特征在于包括:一个或多个处理器,计算机可读存储介质,用于存储一个或多个程序,其中,当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质,其特征在于存储有计算机可执行指令,所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
一种计算机程序,其特征在于包括计算机可执行指令,所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
有益效果
本发明提出的一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法,该方法首先设计了自回归模型对海浪高度进行预测,给出了引入海浪高度动态预测信息的飞行高度参考指令。然后将飞行器纵向动力学模型转换为速度子***和高度子***,针对速度子***设计动态逆控制;针对高度子***设计反步法控制,其中考虑海浪引起的气动特性未知问题,将气动函数转换为已知状态向量和未知气动参数向量相乘的线性参数化形式,设计自适应估计律对未知气动参数进行估计。该发明通过考虑海浪影响设计参考轨迹动态修正的气动辨识控制方法,实现了高度精细控制,对超低空掠海突防具有重要意义。
本发明与现有技术相比有益效果为:
(1)本发明通过自回归模型实现了海浪高度预测,将环境动态预测信息引入到参考轨迹设计中,提升了超低空掠海飞行的自适应性能和实时响应特性。
(2)本发明考虑超低空飞行过程中复杂海效应造成的气动参数不确定问题,将气动函数转化为线性参数化形式,设计自适应更新律对未知气动参数向量进行估计。
(3)本发明充分考虑海浪波动对飞行性能的影响,给出了参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法,实现了飞行器相对海平面高度的精细控制。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1本发明方法流程图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1,本发明一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法。具体步骤如下:
(a)考虑飞行器纵向通道动力学模型:
所述的运动学模型由五个状态量X=[V,h,γ,α,q]T和两个控制输入U=[δe,T]T组成;V表示速度,h表示高度,γ表示航迹角,α表示攻角,q表示俯仰角速度,δe表示舵偏角,T表示推力;m、Iyy和g分别表示质量、俯仰轴的转动惯量和重力引起的加速度。
力、力矩以及各系数的表达式为:
其中,Q=(1/2)ρV2表示动压,Sω=1.1712表示气动参考面积,cA=0.4118表示平均气动弦长,CL0=0.1651、CLα=4.5111、CD0=0.0230、CDα=0.0765、Cm0=-0.1539、Cmα=-5.2369和均表示气动参数。
(b)自回归模型的最小二乘形式为
ζ(k)=ψT(k)θw (7)
ψ(k)=[-ζ(k-1),...,-ζ(k-nw)]T (8)
θw=[d1,...,dw]T (9)
其中,ζ(k)表示第k个时刻的海浪高度,θw表示未知参数,nw=4。
采用带遗忘因子的递推最小二乘法对θw进行估计
其中,μ=0.95。
(c)设计高度参考指令hd为
(d)将飞行器动力学模型解耦得到速度子***(1)和高度子***(2)-(5)。
速度子***(1)写为
取x1=h,x2=γ,x3=θ,x4=q,其中θ=α+γ表示俯仰角,高度子***(2)-(5)写为
式中,γv=3。
式中,k1=7。
引入一阶滤波器
式中,α2=0.05。
引入一阶滤波器
式中,α3=0.05。
式中,k3=2。
引入一阶滤波器
式中,α4=0.05。
(g)根据得到的推力T和舵偏角δe,返回到飞行器动力学模型(1)-(5),对速度和高度进行跟踪控制。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:考虑飞行器纵向通道动力学模型:
所述的动力学模型由五个状态量X=[V,h,γ,α,q]T和两个控制输入U=[δe,T]T组成;V表示速度,h表示高度,γ表示航迹角,α表示攻角,q表示俯仰角速度,δe表示舵偏角,T表示推力;m、Iyy和g分别表示质量、俯仰轴的转动惯量和重力引起的加速度;
力、力矩以及各系数的表达式为:
步骤2:自回归模型的最小二乘形式为
ζ(k)=ψT(k)θw (7)
ψ(k)=[-ζ(k-1),...,-ζ(k-nw)]T (8)
θw=[d1,...,dw]T(9)
其中,ζ(k)表示第k个时刻的海浪高度,θw表示未知参数,nw表示辨识阶次,由设计者给出;
采用带遗忘因子的递推最小二乘法对θw进行估计
其中,μ表示遗忘因子,由设计者给出;
步骤3:设计高度参考指令hd为
步骤4:将飞行器动力学模型解耦得到速度子***(1)和高度子***(2)-(5);
速度子***(1)写为
取x1=h,x2=γ,x3=θ,x4=q,其中θ=α+γ表示俯仰角,高度子***(2)-(5)写为
式中,γv>0为控制参数;
式中,k1>0为控制参数;
引入一阶滤波器
式中,α2>0为控制参数;
引入一阶滤波器
式中,α3>0为控制参数;
式中,k3>0为控制参数;
引入一阶滤波器
式中,α4>0为控制参数;
步骤7:根据得到的推力T和舵偏角δe,返回到飞行器动力学模型(1)-(5),对速度和高度进行跟踪控制。
2.一种计算机***,其特征在于包括:一个或多个处理器,计算机可读存储介质,用于存储一个或多个程序,其中,当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。
3.一种计算机可读存储介质,其特征在于存储有计算机可执行指令,所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110402167.0A CN113126494B (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110402167.0A CN113126494B (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113126494A CN113126494A (zh) | 2021-07-16 |
CN113126494B true CN113126494B (zh) | 2022-08-09 |
Family
ID=76776386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110402167.0A Active CN113126494B (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113126494B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115327916B (zh) * | 2022-08-30 | 2024-06-25 | 北京京航计算通讯研究所 | 一种高机动飞机气动参数摄动的自适应补偿控制方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020180818A1 (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | Re Vision Consulting, Llc | System and method for wave prediction |
CN111665857A (zh) * | 2020-06-21 | 2020-09-15 | 西北工业大学 | 基于复合智能学习的变体飞行器控制方法 |
CN111679583A (zh) * | 2020-06-21 | 2020-09-18 | 西北工业大学 | 基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法 |
-
2021
- 2021-04-14 CN CN202110402167.0A patent/CN113126494B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020180818A1 (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-10 | Re Vision Consulting, Llc | System and method for wave prediction |
CN111665857A (zh) * | 2020-06-21 | 2020-09-15 | 西北工业大学 | 基于复合智能学习的变体飞行器控制方法 |
CN111679583A (zh) * | 2020-06-21 | 2020-09-18 | 西北工业大学 | 基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Online Trajectory Correction and Tracking for Facade Inspection Using Autonomous UAV;Muqing Cao,et al.;《2020 IEEE 16th International Conference on Control & Automation (ICCA)》;20201130;第1149-1154页 * |
基于卡尔曼滤波的轨迹规划高度修正仿真实现;冯玉等;《计算机仿真》;20051030(第10期);第74-77页 * |
掠海飞行导弹基于滤波的滑模高度控制;白晓瑞等;《导航与控制》;20180803(第04期);第21-26页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113126494A (zh) | 2021-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107450324B (zh) | 考虑攻角约束的高超声速飞行器自适应容错控制方法 | |
CN111665857B (zh) | 基于复合智能学习的变体飞行器控制方法 | |
CN109189087B (zh) | 一种垂直起降重复使用运载器的自适应容错控制方法 | |
CN111679583B (zh) | 基于气动参数估计的变体飞行器自适应控制方法 | |
CN108828957B (zh) | 基于切换机制的飞行器全局有限时间神经网络控制方法 | |
CN111273681B (zh) | 一种考虑攻角受限的高超声速飞行器高安全抗干扰控制方法 | |
CN111367182A (zh) | 考虑输入受限的高超声速飞行器抗干扰反步控制方法 | |
CN113126495B (zh) | 基于地效干扰补偿的低空飞行鲁棒智能控制方法 | |
CN113126494B (zh) | 参考轨迹动态修正的低空飞行气动辨识控制方法 | |
CN114721266B (zh) | 飞机舵面结构性缺失故障情况下的自适应重构控制方法 | |
CN107957686B (zh) | 基于预见控制的无人直升机自动着舰控制*** | |
CN111240204B (zh) | 一种基于模型参考滑模变结构控制的巡飞弹控制方法 | |
CN113110540B (zh) | 基于时标分解的弹性体飞行器全局有限时间控制方法 | |
CN116360258A (zh) | 基于固定时间收敛的高超声速变形飞行器抗干扰控制方法 | |
CN115685764B (zh) | 变翼展飞行器任务自适应的抗干扰跟踪控制方法及*** | |
CN116954073A (zh) | 基于未知输入重构补偿的舰载无人机舰尾流抑制方法 | |
CN116360255A (zh) | 一种非线性参数化高超声速飞行器的自适应调节控制方法 | |
CN115686036A (zh) | 一种基于预设性能的变外形飞行器多维复合控制方法 | |
CN116203840A (zh) | 可重复使用运载器自适应增益调度控制方法 | |
Gregory | Dynamic inversion to control large flexible transport aircraft | |
CN114779636B (zh) | 考虑气动伺服弹性的飞行器鲁棒自适应控制方法 | |
Wang et al. | An adaptive disturbance suppression based fault-tolerant control approach against the control surface faults | |
CN113110581B (zh) | 一种基于主辅***结合的非线性飞行器位置保持控制方法 | |
CN113126496B (zh) | 基于改进ekf状态观测器的飞行器自适应跟踪控制方法 | |
CN118034068B (zh) | 一种四旋翼无人机分数阶抗饱和滑模控制方法及装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |