舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统
专利汇可以提供舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种舰载机垂尾损伤故障自适应容错 控制器 设计方法及控制系统，属于航空 飞行器 控制技术领域。首先，建立垂尾损伤的无人机模型，并分析垂尾损伤对无人机 偏航 力 矩系数、侧力系数、 滚转 力矩系数的影响；接着针对垂尾损伤带来的参数不确定而造成的控制问题，设计基于状态反馈输出 跟踪 的自适应容错控制器，对纵向和横侧向解耦，分别设计控制器。本发明能保证在着舰过程中发生垂尾损伤的舰载机在复杂的着舰环境下能够安全着舰。，下面是舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统专利的具体信息内容。
1.舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立垂尾损伤的舰载机非线性模型，将舰载机非线性模型线性化，并解耦成纵向、横向线性模型；
步骤2：针对纵向通道设计自适应容错控制器；
根据纵向线性模型状态方程矩阵Alon、Blon、Clon计算得到高频增益矩阵
其中，s是频域中的一个量，ξlonm(s)为纵向系统关联左乘矩阵，Glon(s)为纵向系统传递函数矩阵，Clon1、Clon2分别为纵向系统状态方程矩阵C阵的第一行和第二行，Alon、Blon分别为纵向系统状态方程矩阵的A、B阵；
根据纵向传递函数相对阶特点，选择关联矩阵为
ξlonm(s)＝diag{s-p1,(s-p2)(s-p3)}
p1,p2,p3为配置的稳定极点；则纵向参考模型为
其中，Wlonm(s)为纵向系统参考模型，[Δrlon](t)为有界的参考输入；
纵向控制律为
其中， 由自适应律更新；纵向控制输入Δulon＝[Δδe ΔδT]，Δδe为升降舵偏，ΔδT为油门偏量；纵向通道参考输入Δrlon＝[ΔVc Δθc]，ΔVc为速度参考输入偏量，Δθc为俯仰角参考输入偏量；纵向通道状态反馈Δxlon＝[ΔV Δα Δq Δθ]，分别为速度偏量，迎角偏量，俯仰角速率偏量，俯仰角偏量；
步骤3：针对侧向通道设计自适应容错控制器；
根据侧向线性模型状态方程矩阵Alat、Blat、Clat计算得到高频增益矩阵
其中，ξlatm(s)为侧向系统关联左乘矩阵，Glat(s)为侧向系统传递函数矩阵，Clat1、Clat2分别为侧向系统状态方程矩阵C阵的第一行和第二行，Alat、Blat分别为纵向系统状态方程矩阵的A、B阵；
根据Glat(s)的阶次特点，选择关联矩阵
ξlatm(s)＝diag{(s-p1)(s-p2),(s-p3)(s-p4)}
p1,p2,p3,p4为配置的稳定极点；则侧向参考模型为
其中，Wlatm(s)为侧向系统参考模型，[Δrlat](t)为有界的参考输入。
根据前述设计，侧向控制律为
其中， 由自适应律更新；侧向控制输入Δulat＝[Δδa Δδr]，Δδa为副翼舵偏，Δδr为方向舵偏量；侧向参考输入Δrlat＝[Δβc Δδc]，Δβc为侧滑角参考输入偏量，Δφc为滚转角参考输入偏量；侧向通道状态反馈Δxlat＝[Δβ Δp Δr Δφ]，分别为侧滑角偏量，滚转角速率偏量，偏航角速率偏量，滚转角偏量。
2.根据权利要求1所述的自适应容错控制器的设计方法，其特征在于，所述自适应更新律为
其中，自适应增益矩阵满足 为所需设置的参数，ε(t)＝[ε1(t),ε2(t),…,εM(t)]T为估计误差， 为滤波误差；Ds为高频增益矩阵进行LDS分解得到，ζT
(t)＝[h(s)[ω](t)]T，其中h(s)为引入的滤波器，[ω](t)＝[x(t) r(t)]T，x(t)，r(t)分别为系统状态变量和参考输出；Γ＝TT＞0为自适应增益矩阵，ξ(t)＝ΘT(t)ζ(t)-h(s)[ΘTω](t)，其中， K2(t)为待更新参数矩阵，
3.舰载机垂尾损伤故障自适应容错自动着舰控制系统，其特征在于，包括着舰指令生成模块、纵侧向制导律模块、纵侧向自适应容错控制器；所述纵侧向制导律模块包括纵向制导律和侧向制导律；所述纵侧向自适应容错控制器包括纵向自适应容错控制器和横向自适应容错控制器；所述着舰指令模块生成基准轨迹信号以及速度与侧滑角指令，将基准轨迹信号传输给纵侧向制导律模块，由纵向制导律模块计算出纵向姿态指令，由侧向制导律模块计算出侧向姿态指令；纵向姿态指令和侧向姿态指令分别传输给纵向自适应容错控制器和横向自适应容错控制器，使舰载机纵侧向姿态分别跟踪纵向姿态指令和侧向姿态指令响应。
4.根据权利要求3所述的舰载机垂尾损伤故障自适应容错自动着舰控制系统，其特征在于，还包括甲板运动与舰尾流干扰模块；高度指令中引入甲板运动信息，舰尾流作用到飞机机体轴上；甲板运动采用基于Conolly线性理论的甲板运动数学仿真模型，模拟不同海况下的甲板运动干扰；舰尾流模型采用MIL-F-8785C军用规范的舰尾流模型，模拟不同海况下的舰尾流干扰。
5.根据权利要求3所述的舰载机垂尾损伤故障自适应容错自动着舰控制系统，其特征在于，所述纵向制导律由高度偏差得到俯仰指令信号，为：
其中，Δθc为姿态指令增量，ΔHc为高度指令增量，ΔH为高度增量， 分别为PI控制的参数。
6.根据权利要求3所述的舰载机垂尾损伤故障自适应容错自动着舰控制系统，其特征在于，所述侧向制导律由侧偏误差得到滚转指令信号，为：
其中，Δφc为滚转角指令增量，ΔYc为侧偏指令增量，ΔY为侧偏增量， 分别为PI控制参数。
舰载机垂尾损伤故障自适应容错控制器设计方法及控制系统
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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