一種非線性自適應飛行控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種非線性自適應飛行控制方法，屬于近空間飛行器飛行控制方法的
技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著航空航天事業的發展，國內外均加大了飛行器相關領域的研究，飛行控制系 統作為飛行器的重要部分受到了各國學者的關注和重視。飛行任務的多樣性和多變性導致 了各類新型高復雜度飛行器的衍生，進而對飛行性能提出了越來越高的要求。近空間飛行 器所處的飛行環境、自身復雜多變的氣動特性對飛行控制系統的設計帶來了很多技術上的 難點。
[0003] 針對近空間飛行器的不確定性問題，國內外已有不少專家學者進行了深入的研 究，也取得了一定的進展。國外Sigthorsson等人提出了魯棒線性輸出反饋控制的方法，實 現具有不確定性的吸氣式飛行器在多飛行條件下保持良好的速度和高度跟蹤，但是所采用 的方法是基于線性控制的，在飛行器大包絡飛行時具有很大的局限性，缺乏工程實踐意義。 Zhang等人提出一種終端滑模與二階滑模相結合的方法，用于解決高超聲速飛行器參數不 確定性問題并達到較好的效果，但是在這種方法中，不確定性擾動被假設為常值，所以在實 際中的控制效果會受到影響。另外，連續高階滑模控制方法也被用于克服氣動參數的不確 定性，且有效克服了滑模控制的抖振問題，但是在設計控制器時高超聲速飛行器的非線性 模型需要被簡化，也不利于工程實現。綜上所述，對于不確定性問題，雖然有很多的文獻都 進行了研究，但是都沒有全面的較好的解決辦法。

【發明內容】

[0004] 本發明提出了一種非線性自適應飛行控制方法，實現具有不確定性的近空間飛行 器精確軌跡跟蹤控制。該方法利用反饋線性化將飛行器非線性模型精確線性化，將二型模 糊邏輯系統與自適應滑模控制相結合，設計具有魯棒自適應的飛行控制器。
[0005] 本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：
[0006] -種非線性自適應飛行控制方法，包括如下步驟：
[0007] (1)利用李括號和李導數定理，將近空間飛行器的非線性模型進行精確反饋線性 化；
[0008] (2)根據反饋線性化后的近空間飛行器模型結構，在不考慮不確定性的前提下，選 取滿足滑動條件的滑模面，設計滑模控制律；
[0009] (3)將選取的滑模面作為二型模糊邏輯控制器的輸入，計算二型模糊邏輯控制器 的輸出Uf(t);
[0010] (4)通過二型模糊邏輯控制器的輸出Uf(t)來逼近理想的期望控制信號If (t)，并設 計補償控制律補償二型模糊邏輯控制的輸出Uf(t)與期望控制信號If (t)之間的差值；
[0011] (5)構建李亞普諾夫函數，通過李亞普諾夫穩定性分析得到系統的自適應律。
[0012] 所述步驟(3)計算二型模糊邏輯控制器的輸出Uf(t)，具體步驟為：
[0013] ①根據飛行器發動機節流閥調定值和升降舵偏轉角的要求制定二型模糊邏輯控 制器的模糊規則；
[0014] ②通過上下隸屬度函數的表示方式，將二型模糊隸屬度函數用區間的形式表達出 來；
[0015] ③對于區間單值二型模糊邏輯系統，采用乘積或最小t_范數進行交運算時，輸入 和前件運算的結果是一個區間一型集，從而根據退火定理進行模糊推理；
[0016] ④采用中心降型法進行降型；
[0017] ⑤計算二型模糊邏輯控制器的輸出。
[0018] 所述步驟(4)對期望控制信號的逼近方法，具體步驟為：
[0019] A、根據通用逼近原理給出期望的理想控制信號表達形式；
[0020] B、通過估計器估計出相關參數；
[0021] C、通過二型模糊邏輯控制器輸出的估計值加上補償控制器的值估計出期望的理 想控制信號。
[0022]本發明的有益效果如下：
[0023] ①二型模糊邏輯控制器具有不確定性模糊集合，特別適合于解決不確定性問題。
[0024] ②滑模控制對非線性系統控制具有優勢，保證系統的穩定性。
[0025]③通過李亞普諾夫穩定性理論證明可以得到自適應律，使系統快速穩定。
[0026]④本發明將二型模糊邏輯系統與滑模控制相結合，并通過李亞普諾夫穩定性理論 設計自適應律，使所設計的飛行控制器具有較好的穩定性、魯棒性以及自適應性。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的方法系統結構圖。
[0028] 圖2是本發明二型模糊邏輯系統結構示意圖。
[0029] 圖3是本發明二型模糊集合的隸屬度示意圖。
[0030] 圖4是本發明二型隸屬度函數的三維示意圖。
[0031 ]圖5是本發明具有不確定均值的高斯型主隸屬度函數示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發明創造做進一步詳細說明。
[0033] 本發明提出的一種非線性自適應飛行控制方法如圖1所示，利用滑模控制得到滑 模面S=[Sv，Sh]T，其中Sv為速度V的滑模面，Sh為高度h的滑模面，選取此滑模面作為二型模 糊邏輯控制器的模糊輸入，經過模糊推理、降型和解模糊化等步驟，可以得到二型模糊邏輯 控制器的清晰輸出1^(1:) = [&：￡<1:)，5(3：￡<1：)]1'，其中&：￡<1:)為發動機節流閥調定值的二型模糊 輸出，S ef(t)為升降舵的二型模糊輸出，補償控制律1]"(〇 = [&11(0,3(311(0]7用來補償二型 模糊控制器的輸出與控制律最優解之間的差值，其中iU(t)為為發動機節流閥調定值的補 償控制信號，Ut)為升降舵的補償控制信號，使控制器具有較好的魯棒性，估計器用來估 計補償控制律中的一些變量值。為了保持系統穩定，根據李亞普諾夫穩定性理論進行控制 器設計，同時，可以得到自適應律，使控制器具有自適應性。
[0034] 圖2為二型模糊邏輯系統結構示意圖，本發明對于多輸入單輸出系統來說，根據 Mamdani模糊規則，二型模糊規則表示為:R·3:如果xi(t)是^^X2⑴是戶2 7+_. .，xn⑴是 ，貝lJ