专利名称：一种垂直起降飞行器的滑模控制方法
技术领域：
本发明涉及一种垂直起降飞行器的滑模控制方法，它是针对欠驱动的垂直起降飞行器，给出一种滑模控制设计方法，用于垂直起降飞行器的姿态控制，属于飞行控制技术领域。
背景技术：
垂直起降空间飞行器是能够垂直起飞、垂直着陆的具有三个自由度，两个控制输入的欠驱动系统。在过去的数年里，由于垂直起降飞行器空间飞行器的在未来战争中的重要性，其控制研究在国内外受到的人们的极大重视。近年来，滑模控制方法因其所具有的优良特性而受到越来越多的重视，该方法通过自行设计所需的滑模面和等效控制律，能快速响应输入的变换，而对参数变换和扰动不敏感，具有很好的鲁棒性，且物理制作简单。滑模控制逐渐引起了学者们的重视，其最大优点是滑动模态对加在系统上的干扰和系统的摄动具有完全的自适应性，而且系统状态一旦进入滑模运动，便快速地收敛到控制目标，为不确定性系统的鲁棒性设计提供了一种有效途径。本专利申请设计了一种滑模控制方法，使得系统能够在全局范围内指数收敛，并具有很好的抗干扰能力。
发明内容
发明目的本发明一种垂直器将飞行器的滑模控制方法，其目的是针对垂直起降飞行器系统，克服现有控制技术的不足，给出一种滑模控制方法，实现对垂直起降飞行器位置和角度的控制。本发明给出一种垂直起降飞行器的滑模控制方法，其设计思想是针对垂直起降飞行器系统，首先进行坐标变换，使它易于滑模控制器设计和稳定性能分析；之后对变换后的模型进行滑模控制器设计，得到新模型的控制输入，实现对垂直起降飞行器的姿态控制。技术方案下面具体介绍该设计方法的技术方案。本发明给出一种垂直起降飞行器的滑模控制方法，垂直起降飞行器闭环控制系统示意图如
图1。其方法步骤如下步骤一垂直起降飞行器系统分析及建模垂直起降飞行器系统采用负反馈的控制结构，输出量为飞行器位置。垂直起降飞行器系统模型描述如下
χ = -U1 sin θ + su2 cos θ<y ^ul ^ cos θ-\-su2 sm0-g(1)
θ -u2
其中X表示垂直起降飞行器的X坐标；y表示垂直起降飞行器y坐标；θ表示垂直起降飞行器转角；U1表示垂直起降飞行器推力；U2表示横滚力矩；步骤二 垂直起降飞行器模型坐标变换由于垂直起降飞行器模型属于欠驱动耦合系统，为了控制器设计的方便，对之进行适当的坐标变换。
权利要求
1. 一种垂直起降飞行器的滑模控制方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一垂直起降飞行器系统分析及建模垂直起降飞行器系统采用负反馈的控制结构，输出量为飞行器位置； 垂直起降飞行器系统模型描述如下 χ = -U1 sin θ + su2 cos θy -U1^ cos θ + Su2 sin0-g(1)θ 二 u2其中χ表示垂直起降飞行器的X坐标； y表示垂直起降飞行器y坐标； θ表示垂直起降飞行器转角； U1表示垂直起降飞行器推力； U2表示横滚力矩；步骤二 垂直起降飞行器模型坐标变换由于垂直起降飞行器模型属于欠驱动耦合系统，为了控制器设计的方便，对之进行坐标变换； 令U1、\SU2 J(2)sin ^ cos^V O1、 cos 没 sin ^ )\co2J式中ω” ω2是新的控制输入； 令Xc = χ- ε sin θ，yc = y+ ε cos θ ωλ = (V1 - εθ2^ ηθ + εν2 cos θω2 = -(V1 —6:々2)cosi9 + εν2 sin θ将上式代入式ο)，得xc = V1 sin θ ,yc = -V1 cos θ-g P = v2(3)再设 X1 = xc, X2 = yc, X3 = tan θ , V1 = h^ec θ，v2 = Zz2 cos2 6>-2々2 tan<9，贝Ij式(3)变换为X1 = X3/ ,x2 = -Zz1 -g- /3 = K(4)其中Ii1，Il2是新的控制输入；令y= (yi I2 y3 y4 y5 又^且又丄=XiJ2 =衣，y3 = X2J4 = ^i5 = X3J6 = ^，则式 (4)变换为夕1 =少2，夕2 =少5 A，夕3 =少4，夕4 =-奂-芗，夕5 = Λ '^6 = ^2 (5) 步骤三垂直起降飞行器滑模控制设计采用状态量的负反馈控制系统结构，控制器的输入信号是参考信号和飞行器的状态信号，根据垂直起降飞行器系统的模型信息，取滑模函数s并令其导数i = O，得到等效控制部分Uetl，再通过μ < O得到切换控制部分Usw，从而得出滑模控制律u = ueq+usw ；取李雅谱诺夫函数为「= ^2，验证得出^ .^n证明该系统在有限时间内达到稳定；同时，为了保证各个状态收敛，将部分状态误差转化为霍尔伍兹稳定的状态方程，通过 Lyapunov方程进行收敛性分析；其具体实现过程如下 第一步设定预定轨迹& = t,yd= sint, θ d = O ;第二步令
全文摘要
一种垂直起降飞行器的滑模控制方法，它有五大步骤步骤一垂直起降飞行器系统分析及建模；步骤二垂直起降飞行器模型坐标变换；步骤三垂直起降飞行器滑模控制设计；步骤四跟踪性能检验与参数调节；步骤五设计结束。本发明针对垂直起降飞行器系统，给出一种滑模控制方法，用于控制垂直起降飞行器的位置和角度。与现有技术相比，该方法在设计控制器过程中十分简便，通过调节设计参数，能够简单、灵活地控制系统功角和快速精确地跟踪预定轨迹。它在飞行控制技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号G05B13/00GK102566420SQ20121005209
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者刘金琨, 龚海生 申请人:北京航空航天大学