1.一种基于预测滑模的高超声速飞行器鲁棒姿态控制方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤1:高超声速飞行器姿态系统的快慢回路线性化;
步骤2:高超声速飞行器通常存在参数不确定的情况,给飞行器姿态控制系统中加入参数不确定干扰,针对慢回路系统,根据姿态角误差,设计并预测未来时刻滑模面,再给飞行器姿态控制系统中加入参数不确定干扰,针对快回路系统,根据姿态角速度误差,设计并预测快回路上的滑模面;
步骤3:根据慢回路的滑模面和预测滑模面,设计趋近律,利用设计的趋近律来设计慢回路控制器,再根据快回路的滑模面和预测滑模面,设计趋近律,利用设计的趋近律来设计快回路控制器;具体包括以下步骤:步骤3.1:设计趋近律:通常,指数趋近律如下所示:即可得滑模面为:s(k+1)=‑Tεsign(s(k))+(1‑Tj)s(k)现将指数趋近律进行改进为:即可得预测滑模面为:
s(k+d)=‑dTεsign(s(k))+(1‑dTj)s(k)则慢回路中预测的(k+dT)时刻的滑模面为:ss(k+d)=‑dTesign(ss(k))+(1‑dTj)ss(k)则快回路中预测的(k+dT)时刻的滑模面为:sf(k+d)=‑dTesign(sf(k))+(1‑dTj)sf(k)其中,T为采样周期,ε、j为大于0的常数,d为预测步长;
步骤3.2:设计快慢回路控制器:(1)设计慢回路控制器
慢回路中预测的(k+dT)时刻滑模面的另一种表达式为:将其带入公式
ss(k+d)=‑dTesign(ss(k))+(1‑dTj)ss(k)得:‑1
gs(k)=(CsG1d) [(1‑dTj)ss(k)‑dTεsign(ss(k))‑Cs(‑K1sxm(k)‑K0sΩc(k)+K0syp(k))]因此慢回路控制律为:
‑1
us(k)=(CsG1d) [(1‑dTj)ss(k)‑dTεsign(ss(k))‑Cs(‑K1sxm(k)‑K0sΩc(k)+K0syp(k))]‑ds(k);
其中,
d
K0s=I‑λ
(2)设计快回路控制器
快回路中预测的(k+dT)时刻滑模面的另一种表达式为:将其带入公
式sf(k+d)=‑dTεsign(sf(k))+(1‑dTj)sf(k)得:‑1
gf(k)=(CfG2d) [(1‑dTj)sf(k)‑dTεsign(sf(k))‑Cf(‑K1fxm(k)‑K0fωc(k)+K0fyp(k))]因此快回路控制律为:
‑1
uf(k)=(CfG2d) [(1‑dTj)sf(k)‑dTεsign(sf(k))‑Cf(‑K1fxm(k)‑K0fωc(k)+K0fyp(k))]‑df(k)
其中,
步骤4:最后通过设计的快慢回路控制器对高超声速飞行器的姿态进行控制,使姿态系统稳定、姿态角准确跟踪指令信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于预测滑模的高超声速飞行器鲁棒姿态控制方法,其特征在于,所述的步骤1具体包括以下步骤,步骤1.1:建立高超声速飞行器的非线性姿态回路模型;
步骤1.2:将姿态非线性模型线性化。
3.根据权利要求1所述的一种基于预测滑模的高超声速飞行器鲁棒姿态控制方法,其特征在于,所述的步骤2中具体包括以下步骤,步骤2.1:计算慢回路姿态角跟踪误差;
步骤2.2:设计并预测慢回路控制系统的滑模面;
步骤2.3:设计并预测快回路控制系统的滑模面。
4.根据权利要求3所述的一种基于预测滑模的高超声速飞行器鲁棒姿态控制方法,其特征在于,所述的步骤2.1中具体包括以下步骤,步骤2.1.1:选取慢回路系统的预测模型;
步骤2.1.2:选取基函数;
步骤2.1.3:设计姿态角运动的参考轨迹;
步骤2.1.4:推导慢回路预测模型输出;
步骤2.1.5:误差补偿;
步骤2.1.6:慢回路姿态角跟踪误差。