一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法
专利汇可以提供一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种基于反作用 飞轮 的弹体 滚转 角 控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动 力 学模型；步骤2：基于步骤1建立的系统的动力学模型来建立扩张状态观测器，对滚转角、滚转 角速度 、干扰力矩进行观测；步骤3：基于步骤2观测的滚转角、滚转角速度、干扰力矩来设计PD 控制器 ，并对干扰力矩进行补偿；步骤4：对步骤2建立的扩张状态观测器以及步骤3建立的控制器进行 稳定性 证明。该方法对弹体滚转通道动力学模型的分析，进而设计了相应的扩张状态观测器来对弹体飞行过程中的总干扰进行观测，进而实现对干扰的补偿，通过控制器的设计实现了对弹体滚转通道的稳定控制。，下面是一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动力学模型；
步骤2：基于步骤1建立的系统的动力学模型来建立扩张状态观测器，对滚转角、滚转角速度、干扰力矩进行观测；
步骤3：基于步骤2观测的滚转角、滚转角速度、干扰力矩来设计PD控制器，并对干扰力矩进行补偿；
步骤4：对步骤2建立的扩张状态观测器以及步骤3建立的控制器进行稳定性证明。
2.根据权利要求书1所述的一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于：
所述步骤1中，以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动力学模型如下：
式中：
Jb——滚转本体的转动惯量；
θ——滚转角；
Jw——反作用飞轮的转动惯量；
Ω——反作用飞轮角速度；
Md——干扰力矩；
设 可得系统表达式：
令x1＝y， x3＝f可得系统扩张状态空间表达式如下：
3.根据权利要求书2所述的一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于：
所述步骤2中，系统扩张状态观测器如下：
式中 是对滚转角的观测， 是对滚转角速度的观测， 是对干扰力矩的观测。
4.根据权利要求书3所述的一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于：
所述步骤3中，根据扩张状态观测器设计的PD控制器如下：
5.根据权利要求书3所述的一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于：
所述步骤3中，基于观测到的干扰力矩，进行干扰补偿如下：
6.根据权利要求书3所述的一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于：
所述步骤4中，对建立的扩张状态观测器进行稳定性证明，根据定理1李亚普诺夫第一法对扩张状态观测器的进行极点配置，将其极点配置在-ω0，ω0是观测器带宽，由式(8)可得l1＝3ω0，l2＝3ω02，l3＝ω03，此时扩张状态观测器的形式为：
由定理1李亚普诺夫第一法可知，式(9)形式的观测器同时满足渐进稳定性条件。
7.根据权利要求书4所述的一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法，其特征在于：
所述步骤4中，对所设计的控制器进行稳定性证明，将式(6)所示控制器代入系统表达式(2)中可得：
由上式可得系统闭环传递函数表达式：
将闭环极点配置在-ωc，可得kd＝2ωc，kp＝ωc2；
由此可得设计的控制器形式如下：
由定理1李亚普诺夫第一法可知，所设计的控制器满足输出稳定条件。
一种基于反作用飞轮的弹体滚转角控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
步骤2：基于步骤1建立的系统的动力学模型来建立扩张状态观测器，对滚转角、滚转角速度、干扰力矩进行观测；
步骤3：基于步骤2观测的滚转角、滚转角速度、干扰力矩来设计PD控制器，并对干扰力矩进行补偿；
步骤4：对步骤2建立的扩张状态观测器以及步骤3建立的控制器进行稳定性证明。
优选的方案中，所述步骤1中，以滚转角为被控制量，以反作用飞轮转速为控制量的动力学模型如下：
式中：
Jb——滚转本体的转动惯量；
θ——滚转角；
Jw——反作用飞轮的转动惯量；
Ω——反作用飞轮角速度；
Md——干扰力矩；
设 可得系统表达式：
令x1＝y， x3＝f可得系统扩张状态空间表达式如下：
由定理1李亚普诺夫第一法可知，式(9)形式的观测器同时满足渐进稳定性条件。
将闭环极点配置在-ωc，可得kd＝2ωc，kp＝ωc2；
由此可得设计的控制器形式如下：
由定理1李亚普诺夫第一法可知，所设计的控制器满足输出稳定条件。
图2为滚转控制系统外部结构图；
图3为弹体滚转角外环自抗扰控制系统结构框图；
图4为扩张状态观测器的工作情况图；
图5为炮弹滚转控制系统响应曲线图；
图中：旋转翼1，滚转本体2。
具体实施方式
式中：
Jb——滚转本体的转动惯量；
θ——滚转角；
Jw——反作用飞轮的转动惯量；
Ω——反作用飞轮角速度；
Md——干扰力矩；
设 可得系统表达式：
令x1＝y， x3＝f可得系统扩张状态空间表达式如下：
步骤2：基于步骤1建立的系统的动力学模型来建立扩张状态观测器，对滚转角、滚转角速度、干扰力矩进行观测，系统扩张状态观测器如下：
式中 是对滚转角的观测， 是对滚转角速度的观测， 是对干扰力矩的观测；
步骤3：基于步骤2观测的滚转角、滚转角速度、干扰力矩来设计PD控制器，并对干扰力矩进行补偿，根据扩张状态观测器设计的PD控制器如下：
步骤4：对步骤2建立的扩张状态观测器以及步骤3建立的控制器进行稳定性证明，对建立的扩张状态观测器进行稳定性证明：
定理1李亚普诺夫第一法：对于线性定常系统 y＝cx。平衡状态xe＝0渐进
稳定性的充要条件是矩阵A的所有特征值均具有负实部。线性定常系统输出稳定的充要条件是其传递函数：W(s)＝c(sI-A)-1b的极点全部位于s的左半平面；
对扩张状态观测器的进行极点配置，将其极点配置在-ω0，ω0是观测器带宽，由式(8)可得l1＝3ω0，l2＝3ω02，l3＝ω03，此时扩张状态观测器的形式为：
由定理1李亚普诺夫第一法可知，式(9)形式的观测器同时满足渐进稳定性条件；
对所设计的控制器进行稳定性证明，将式(6)所示控制器代入系统表达式(2)中可得：
由上式可得系统闭环传递函数表达式：
2
将闭环极点配置在-ωc，可得kd＝2ωc，kp＝ωc ；
由此可得设计的控制器形式如下：
由定理1李亚普诺夫第一法可知，所设计的控制器满足输出稳定条件。
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