一种临近空间高超声速飞行器BTT制导控制方法与流程

技术特征：

1.一种临近空间高超声速飞行器BTT制导控制方法，其特征在于，所述制导控制方法包括：

S1：通过滚转通道的副翼控制量建立滚转通道和偏航通道的联合控制模型，通过俯仰控制量建立俯仰通道的控制模型；

S2：以飞行器的动力学参数为基础建立BTT制导的非线性状态方程，将所述非线性状态方程转化为状态依赖的类线性结构；

S3：采用黎卡提方程控制方法根据所述状态依赖的类线性结构得到飞行器滚转通道、偏航通道和俯仰通道的制导律模型。

2.根据权利要求1所述的制导控制方法，其特征在于，所述S1包括：

S11：通过副翼控制量建立滚转通道和偏航通道的数学模型为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}={\mathrm{\ω}}_x\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_x=-c_1{\mathrm{\ω}}_x-c_2\mathrm{\β}-c_3{\mathrm{\δ}}_x\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\β}}={\mathrm{\ω}}_y-b_4\mathrm{\β}\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_y=-b_1{\mathrm{\ω}}_y-b_2\mathrm{\β}-b_7{\mathrm{\δ}}_x\end{array}\right.$

其中，c₁、c₂、c₃、b₄、b₁、b₂、b₇为动力学参数，ω_x为滚转角速度，ω_y为俯仰角速度，β为侧滑角，δ_x副翼控制量，为滚转角变化率，为侧滑角变化率，为滚转角速度变化率，为俯仰角速度变化率；

S12：根据滚动角反馈、滚动角速率反馈、侧滑角反馈和偏航角速率反馈建立联合控制模型为

δ_x＝K_r1(γ_c-γ)+K_r2ω_x+K_r3β+K_r4ω_y

其中，K_r1＜0、K_r2＞0、K_r3＞0和K_r4＞0均为负反馈增益，γ_c为滚转角指令，γ为滚转角；

S13：通过俯仰控制量建立俯仰通道的数学模型为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\α}}={\mathrm{\ω}}_z-a_4\mathrm{\α}-a_5\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}}_z=-a_1{\mathrm{\ω}}_z-a_2\mathrm{\α}-a_3{\mathrm{\δ}}_z\end{array}\right.$

其中，a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为动力学参数，为攻角变化率，ω_z为偏航角速度，α为攻角，δ_z为俯仰控制量，为偏航角速度变化率；

S14：建立俯仰通道的控制模型为

${\mathrm{\δ}}_z=K_{p1}({\mathrm{\α}}_c-\mathrm{\α})+K_{p2}{\mathrm{\ω}}_z+K_{p3}{\∫}_0^t({\mathrm{\α}}_c-\mathrm{\α})dt$

其中，α_c为攻角命令，K_p1＜0、K_p2＞0和K_p3＜0为反馈增益系数。

3.根据权利要求1所述的制导控制方法，其特征在于，所述S2包括：

S21：以BTT的动力学参数为基础建立BTT的非线性状态方程，

取状态变量x＝[α β γ ω_x ω_y ω_z]^T，控制量u＝[δ_x δ_z]^T；

当u＝[0 0]^T时，

$A\left(x\right)=\left[\begin{array}{cccccc}-a_4& -\frac{{\mathrm{\ω}}_x}{2}& 0& -\frac{\mathrm{\β}}{2}& 0& 1\\ \frac{{\mathrm{\ω}}_x}{2}& -b_4& 0& \frac{\mathrm{\α}}{2}& 1& 0\\ 0& 0& A_{33}& 1& A_{35}& A_{36}\\ 0& -c_2& 0& -c_1& -\frac{c_4{\mathrm{\ω}}_z}{2}& -\frac{c_4{\mathrm{\ω}}_y}{2}\\ 0& -b_2& 0& -\frac{b_6{\mathrm{\ω}}_z}{2}& -b_1& -\frac{b_6{\mathrm{\ω}}_x}{2}\\ -a_2& 0& 0& -\frac{a_6{\mathrm{\ω}}_y}{2}& \frac{a_6{\mathrm{\ω}}_x}{2}& -a_1\end{array}\right]$

其中，ψ为偏航角；

当u＝[1 0]^T时，

B₁(x)＝[0 0 0 -c₃ -b₇ 0]^T，

当u＝[0 1]^T时，

B₂(x)＝[-a₅ 0 0 0 0 -a₃]^T，

由此，

$B\left(x\right)=\left[\begin{array}{cc}0& -a_5\\ 0& 0\\ 0& 0\\ -c_3& 0\\ -b_7& 0\\ 0& -a_3\end{array}\right];$

S22：将所述非线性状态方程转化为状态依赖的类线性结构，所述类线性结构为

$\stackrel{\·}{x}=A\left(x\right)x+B\left(x\right)u.$

4.根据权利要求1所述的制导控制方法，其特征在于，所述S3包括：

S31：设所述类线性结构的代价函数为

$J=\frac{1}{2}{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}\[x^{T}Q\left(x\right)x+u^{T}R\left(x\right)u\]dt$

其中，Q(x)是半正定矩阵，R(x)为正定矩阵；

S32：滚转通道、偏航通道和俯仰通道的制导律为

u(x)＝-R^-1(x)B^T(x)P(x)x

其中，R^-1(x)为正定矩阵的逆矩阵，P(x)满足黎卡提方程为

A^T(x)P(x)+P(x)A(x)-

P(x)B(x)R^-1(x)B^T(x)P(x)+Q(x)＝0；

S33：引入攻角与攻角指令的偏差积分作为一个扩展状态，所述偏差积分为

e_α＝∫(α-α_c)dt，

则消除攻角指令稳态误差后的制导律为

$\stackrel{\·}{\stackrel{\‾}{x}}=\stackrel{\‾}{A}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)\stackrel{\‾}{x}+\stackrel{\‾}{B}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)u$

其中，

$\stackrel{\‾}{A}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)=\left[\begin{array}{ccccccc}0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& & & & & & \\ 0& & & & & & \\ 0& & & A\left(x\right)& & & \\ 0& & & & & & \\ 0& & & & & & \\ 0& & & & & & \end{array}\right]$

$\stackrel{\‾}{B}\left(\stackrel{\‾}{x}\right)={\[\left[\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\right]B^T\left(x\right)\]}^T,$

则消除攻角指令稳态误差后的制导律转化为

$u\left(\stackrel{\‾}{x}\right)=-R^{-1}\left(\stackrel{\‾}{x}\right){\stackrel{\‾}{B}}^T\left(\stackrel{\‾}{x}\right)P\left(\stackrel{\‾}{x}\right)\stackrel{\‾}{x}.$