一种飞行器突变过程的应急稳定控制方法

摘要

本发明涉及一种飞行器突变过程的应急稳定控制方法，通过控制器匹配情况下闭环系统控制律求解，并引入控制器超前或滞后情况闭环对象稳定性约束，保证控制器超前或滞后情况下闭环系统的应急稳定，从而避免了控制器与飞行器被控模型不匹配所导致的飞行不稳定和不安全。

主权项

一种飞行器突变过程的应急稳定控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在给定高度、马赫数条件下通过风洞或飞行试验得到突变前和突变后的系统矩阵A₁和A₂、突变前和突变后的控制矩阵B₁和B₂，系统线性化状态方程为：$\left\{\begin{array}{cc}\stackrel{.}{x}\left(t\right)=A_{1}x\left(t\right)+B_1{u}_1\left(t\right)& (t\le t_1)\\ \stackrel{.}{x}\left(t\right)=A_{2}x\left(t\right)+B_2{u}_2\left(t\right)& (t>t_1)\end{array}\right.$其中，x(t)为飞行器飞行状态变量，A₁和A₂分别为突变前和突变后系统矩阵，B₁和B₂分别为突变前和突变后控制矩阵，u₁(t)和u₂(t)为待求解的突变前和突变后控制器；步骤2：设定突变前和突变后控制器表达式为：u₁(t)＝v₁‑K₁x(t)u₂(t)＝v₂‑K₂x(t)其中，v₁、v₂为驾驶员指令输入，K₁、K₂为常数反馈增益矩阵；所述的K₁、K₂求解过程如下：基于线性二次最优理论建立约束方程：P₁A₁+A₁^TP₁‑P₁B₁R₁^‑1B₁P₁+Q₁＝0P₂A₂+A₂^TP₂‑P₂B₂R₂^‑1B₂P₂+Q₂＝0其中Q₁、R₁、Q₂、R₂分别为可以调节的状态和输入向量加权矩阵；P₁和P₂为待求解的未知正定对称矩阵；则突变前反馈增益矩阵突变后反馈增益矩阵由控制器u₁(t)和u₂(t)切换超前和滞后所构成闭环系统$\left\{\begin{array}{cc}\stackrel{.}{x}\left(t\right)=(A_1-B_1{R}_2^{-1}{B}_2^T{P}_2)x\left(t\right)& (t\le t_1)\\ \stackrel{.}{x}\left(t\right)=(A_2-B_2{R}_1^{-1}{B}_1^T{P}_1)x\left(t\right)& (t>t_1)\end{array}\right.$应满足闭环系统特征值在复平面左侧，即系统稳定：Re[eig(A₁‑B₁R₂^‑1B₂^TP₂)]＜0Re[eig(A₂‑B₂R₁^‑1B₁^TP₁)]＜0其中，eig(*)表示矩阵的特征值，Re(*)表示复数的实部，由此求得满足上述约束的待求正定对称矩阵P₁和P₂，计算$K_1=-R_1^{-1}{B}_1^T{P}_1,$$K_2=-R_2^{-1}{B}_2^T{P}_2;$将计算得到的K₁、K₂代入突变前和突变后控制器，将代入后的控制器作为飞行器突变过程的应急稳定控制。