本發(fā)明專利技術(shù)提供一種無觀測器固定時間容錯控制方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，屬于高超聲速飛行器控制技術(shù)領(lǐng)域，配置高超聲速飛行器的六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型；調(diào)取高超聲速飛行器中間飛行變量，并將高超聲速飛行器的欠驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?qū)動系統(tǒng)，還將所述六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹屑懈蓴_的帶執(zhí)行器故障的全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型；基于全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型，配置無觀測器的固定時間滑模面，得到高超聲速飛行器的無觀測器的固定時間容錯控制方式。本發(fā)明專利技術(shù)借助觀測器對干擾的補(bǔ)償，通過設(shè)計的新型滑模面，提高對執(zhí)行器故障的魯棒性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于高超聲速飛行器控制，尤其涉及一種高超聲速飛行器的無觀測器固定時間容錯控制方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。
技術(shù)介紹
1、深空探索已成為國際科技競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域，隨著航天任務(wù)的日益復(fù)雜，對航天器導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制系統(tǒng)的可靠性需求顯著增加。考慮到發(fā)射后硬件維護(hù)面臨巨大挑戰(zhàn)，臨近空間高超音速飛行器必須具備良好的可靠性和穩(wěn)健性。這一需求催生了容錯控制（ftc）技術(shù)的發(fā)展，旨在確保航天器在部分組件發(fā)生故障時仍能持續(xù)運(yùn)行。
2、在飛行過程中，飛行器常遭受惡劣環(huán)境的影響，易導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障。而且傳感器噪聲、測量誤差及未建模動態(tài)因素也會引發(fā)非匹配干擾。目前的方法中，對非匹配干擾的敏感性較低，常規(guī)補(bǔ)償方法依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，并可能引入額外的測量誤差，這對控制器難以滿足欠驅(qū)動飛行器控制算法的需求，導(dǎo)致魯棒性差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種無觀測器固定時間容錯控制方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中解決現(xiàn)有欠驅(qū)動飛行器控制算法復(fù)雜、魯棒性差的問題。
2、方法包括：
3、s101：配置高超聲速飛行器的六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型；
4、s102：調(diào)取高超聲速飛行器中間飛行變量，并將高超聲速飛行器的欠驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?qū)動系統(tǒng)，還將所述六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹屑懈蓴_的帶執(zhí)行器故障的全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型；
5、s103：基于全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型，配置無觀測器的固定時間滑模面，得到高超聲速飛行器的無觀測器的固定時間容錯控制方式。
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p>6、進(jìn)一步需要說明的是，步驟s101中的六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型為：7、
8、其中，、和分別表示攻角、側(cè)滑角和滾轉(zhuǎn)角；、和分別表示滾轉(zhuǎn)、偏航和俯仰角速率。
9、進(jìn)一步需要說明的是，六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型中的氣動力和氣動力矩系數(shù)配置方式為：
10、
11、
12、
13、
14、
15、式中，和分別表示飛行器的質(zhì)量和速度；
16、、和表示飛行器沿機(jī)身固定坐標(biāo)系三個軸的轉(zhuǎn)動慣量分量；
17、和分別表示升力對攻角和升降舵的偏導(dǎo)數(shù)；表示側(cè)向力對側(cè)滑角的偏導(dǎo)數(shù)；
18、、和分別是滾轉(zhuǎn)力矩對滾轉(zhuǎn)速率、副翼和側(cè)滑角的偏導(dǎo)數(shù)；
19、、和分別是偏航力矩對偏航速率、側(cè)滑角和副翼的偏導(dǎo)數(shù)；
20、、和分別是俯仰力矩對俯仰速率、攻角和升降舵的偏導(dǎo)數(shù)。
21、進(jìn)一步需要說明的是，步驟s102中，建立帶執(zhí)行器故障的全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型的方式為：
22、定義執(zhí)行器故障數(shù)學(xué)模型為：
23、
24、其中，；為坐標(biāo)軸軸方向；為坐標(biāo)軸軸方向；為第個變量發(fā)生故障時的乘性系數(shù)；為當(dāng)時，表示副翼；當(dāng)時，表示升降舵；為第個變量發(fā)生故障時的加性系數(shù)；表示時間；為第個變量發(fā)生故障時刻；
f為表示故障的發(fā)生；
25、將高超聲速飛行器的欠驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?qū)動系統(tǒng)的方式為：
26、
27、
28、
29、表示中間變量，副翼與側(cè)滑角的線性組合，無具體含義；
30、為非零實(shí)數(shù)；為非零實(shí)數(shù)；表示中間變量，副翼與側(cè)滑角的線性組合，無具體含義；表示升降舵；
31、進(jìn)一步需要說明的是，定義俯仰通道為：
32、
33、定義狀態(tài)變量為、，虛擬輸入量
34、考慮非匹配干擾和執(zhí)行器故障的六自由度數(shù)學(xué)模型為：
35、
36、
37、表示系統(tǒng)的內(nèi)部動態(tài)或狀態(tài)演變，具體取決于狀態(tài)變量
38、表示狀態(tài)變量對狀態(tài)變量動態(tài)的影響
39、為非匹配干擾；
40、表示狀態(tài)的動態(tài)，同時考慮了狀態(tài)的影響
41、為描述控制輸入對狀態(tài)變量動態(tài)的影響，并考慮與的耦合關(guān)系。
42、進(jìn)一步需要說明的是，步驟s103中，基于同時考慮非匹配干擾和執(zhí)行器故障的六自由度數(shù)學(xué)模型設(shè)計固定時間滑模面，得到臨近空間高超聲速飛行器系統(tǒng)的固定時間容錯控制方式為：
43、
44、其中，，，，矩陣、；參數(shù)、都是待設(shè)計正定常數(shù)；表示的前一時刻采樣值；
45、表示一個對角矩陣，包含了控制增益這些增益用于調(diào)節(jié)控制策略的靈敏度；
46、表示另一個對角矩陣，包含了調(diào)節(jié)函數(shù)的增益，用于影響狀態(tài)偏差對系統(tǒng)行為的影響；
47、是一個基于的函數(shù)，表示對狀態(tài)偏差的處理；
48、的含義為：表示攻角、側(cè)滑角、滾轉(zhuǎn)角的參考值；
49、表示向量的范數(shù)。
50、進(jìn)一步需要說明的是，固定時間容錯控制方式為：
51、
52、其中，；
53、表示向量的符號函數(shù)；
54、表示狀態(tài)的時間導(dǎo)數(shù)，反映了隨時間的變化率；
55、是一個基于的函數(shù)，用于調(diào)整控制輸入的靈敏度；
56、表示參考狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)，即加速度；
57、表示函數(shù)對時間的導(dǎo)數(shù)，用于捕捉系統(tǒng)動態(tài)的變化；
58、表示函數(shù)對時間的導(dǎo)數(shù)；
59、表示狀態(tài)變量對狀態(tài)變量動態(tài)的影響；
60、為描述控制輸入對狀態(tài)變量動態(tài)的影響，并考慮與的耦合關(guān)系。
61、本申請還提供一種無觀測器固定時間容錯控制裝置，裝置包括：
62、模型配置模塊，用于配置高超聲速飛行器的六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型；
63、模型轉(zhuǎn)換模塊，用于調(diào)取高超聲速飛行器中間飛行變量，并將高超聲速飛行器的欠驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?qū)動系統(tǒng)，還將所述六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹屑懈蓴_的帶執(zhí)行器故障的全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型；
64、容錯控制模塊，基于全驅(qū)動六自由度數(shù)學(xué)標(biāo)稱模型，配置無觀測器的固定時間滑模面，得到高超聲速飛行器的無觀測器的固定時間容錯控制方式。
65、根據(jù)本申請的另一個實(shí)施例，提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實(shí)現(xiàn)所述無觀測器固定時間容錯控制方法的步驟。
66、根據(jù)本申請的又一個實(shí)施例，還提供了一種存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)所述無觀測器固定時間容錯控制方法的步驟。
67、從以上技術(shù)方案可以看出，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
68、本申請?zhí)峁┑臒o觀測器固定時間容錯控制方法，通過配置無觀測器的固定時間滑模面，得到高超聲速飛行器的無觀測器的固定時間容錯控制方式。提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和容錯能力。方法還可以實(shí)現(xiàn)對高超聲速飛行器實(shí)現(xiàn)快速上升控制，在響應(yīng)時間上優(yōu)于固定滑模方案，能夠更迅速地達(dá)到目標(biāo)姿態(tài)。在執(zhí)行器故障和非匹配干擾共存的情況下，姿態(tài)跟蹤精度高。即使在復(fù)雜環(huán)境下，所提方案仍能保持良好的控制性能，本文檔來自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，固定時間容錯控制方式為：
8.一種無觀測器固定時間容錯控制裝置，其特征在于，裝置用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的無觀測器固定時間容錯控制方法；
9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述無觀測器固定時間容錯控制方法的步驟。
10.一種存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述無觀測器固定時間容錯控制方法的步驟。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無觀測器固定時間容錯控制方法，其特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董金魯，侯明冬，楊仁明，李光葉，韓耀振，裴文卉，
申請(專利權(quán))人：山東交通學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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