飞行控制系统非线性跟踪控制器设计的正切线性化方法

摘要

本发明涉及一种飞行器非线性控制跟踪控制系统的正切线性化方法。飞行器非线性跟踪控制系统的正切线性化方法，针对飞行控制系统的非线性跟踪控制器类，其特征在于：包括：对飞行器非线性控制系统进行状态扩展；计算正切线性化系统的状态微分方程；设计时变线性系统反馈镇定增益；求解微分方程得到非线性飞行控制系统跟踪控制律四大步骤。同现有技术相比，提供了基于正切线性化的飞行器控制系统跟踪控制器设计方法。可以对复杂飞行控制系统进行完全等价的线性化建模以及对控制系统进行跟踪控制器设计，为控制系统实时实现提供一种有效分析工具，进一步为满足飞行控制系统设计方面的高要求提供有力的理论依据和技术支撑，具有很好的工程应用价值。

主权项

飞行器非线性跟踪控制系统的正切线性化方法，针对飞行器非线性跟踪控制系统的非线性跟踪控制器，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对飞行器非线性跟踪控制系统进行状态扩展；步骤1.1：考虑如下一类具有向量可微分的飞行器非线性跟踪控制系统：$\stackrel{·}{x}=f(x,u)---\left(1\right)$其中，x(t)∈Rⁿ和u(t)∈R^p分别表示系统的状态向量和控制律，f为满足如下条件的连续可微函数代表(x，u)到f(x，u)是连续可微的；步骤1.2：对于飞行器非线性跟踪控制系统式1，考虑如下跟踪控制问题：给定初始条件x(0)＝x₀，保证x(t)随着t→∞渐近收敛于目标状态x(∞)；步骤1.3：对任意t≥0，如果存在一个控制律u(t)及实数α＞0，β＞0，使得飞行器非线性跟踪控制系统式1的状态向量x(t)满足如下条件$\left|\right|\stackrel{·}{x}\left(t\right)\left|\right|\le {\mathrm{\beta e}}^{-\alpha t}---\left(3\right)$存在一个x(∞)使得下式成立$\left|\right|x\left(t\right)-x\left(\infty \right)\left|\right|\le \frac{\beta }{\alpha }{e}^{-\alpha t}---\left(4\right)$如果满足指数衰减，那么x(t)‑x(∞)亦为指数衰减；步骤1.4：飞行器非线性跟踪控制系统式1的终值状态目标x(∞)不能随意给定；对于飞行器非线性跟踪控制系统的一个或多个状态需要精确地被跟踪达到期望目标，则假定x_i(t)为系统状态的某个待指定的状态且其期望目标为x_i(∞)，可以增加一个新的状态x_n+1(t)使得其中，如果是对多个状态实现跟踪控制，依次增加新的状态量；那么，仅需针对如下状态扩展系统进行控制器设计$\stackrel{·}{\hat{x}}\left(t\right)=\hat{f}\left(\hat{x}\right(t),u(t\left)\right)---\left(3\right)$其中，为扩展系统的状态向量，仍满足上述连续可微函数条件式2；步骤2：计算正切线性化系统的状态微分方程；步骤3：设计时变线性系统反馈镇定增益；步骤4：求解微分方程得到飞行器非线性跟踪控制系统跟踪控制律。