基于神经网络干扰观测器的终端滑模飞行控制设计

第 ４期 （ 第 １ ３期 ） 总 ７
２１ ０ ２年 ８月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（Ｍ ＡＴ１ ） ０Ｎ
Ｎ Ｏ． ４
Ａｕ ｇ．
文 章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ２ ０— １２ ０ １７ － ４ ３ ２ １ ）４ ０ ５． ３
法 的鲁棒 飞行 控制 方法 ， 而文 献［ ３ 于神经 网络研 究 ４基
了 战机鲁 棒 飞行控 制方 案 。由于 干扰 观测器 对干 扰 的 逼 近能力 ， 于干扰 观测 器 的非 线 性 系 统控 制及 其 飞 基
建模 误 差和 系统不 确定 ； （ ） Ｇ（ ） ＿ ｚ 、 ｚ 为适 当维 数 的 分 厂
…
Ｉ（） （ ￡一ｚ￡ ）
… … … … … … … … … … … … … … … … … …
。
（） １
其 中 ： ＥＲ”ｕ 、 ｘ 、 ＥＲ Ｙ∈Ｒ 分 别 为 系统 的状 态 、 入 输 和输 出 ； 厂 ｚ ∈Ｒ △ （ ） 和 △ ） 分 别表 示未 知 的 Ｇ（ ∈Ｒ
为 了保 证不 确定 非 线 性 系 统 的控 制 性 能 ， 文 利 本
其 中 ： ＝ ｄａ Ｅ１ｃ ， ，ｎ ＞０ Ｃ ： ｉｇ ｃ ，２ … Ｃ１ 。 ＝
为 了讨 论方 便 ， 定义 如下 变量 ：
ｓ＝Ｅｆ ； …ｓ］ 。 ……… … ……… …… （ ） ｓ， ， ４ ｌＩ Ｉ ｌ Ｉ ｌ… ，５ １ 。 ……… …… （ ） 一［ Ｓ ， Ｓ ， ｌ ］ Ｓ ５
考虑 如下具 有不 确定 的非线 性 系统 ：
ｆ 一 ，（ ＋ （ ） ｚ（） ） Ｇ（ ＋△Ｇ（ ） ＋ Ａ ｘ） ｚ） ｕ ｆ（
Ｉ ］ 究 了基 于多模 型方 法 的全 包 络 鲁棒 飞行 控 制 器 － 研 １
设计 ， 而文 献 Ｅ － 究 了重构 飞行控 制 系统 的滑模 自适 ｚＩ 研 应控 制律 设计 。文 献 １ － 究 了基 于 Ｂ ｃ ｓｅ ｐｎ ３１ 研 ａ ｋｔｐ ｉｇ方
一
Ａ ｘ 一０为 设 计 终 端 滑 模 控 制 器 ， 义 跟 踪 误 差 ｅ Ｇ（ ） 定
为：
ｅ — — ｘ 。 … … … … … … … … … … … … … （ ） Ｊ ２
其 中 ： 为 期 望 指 令 。根 据 跟 踪 误 差 设 计 滑 模 面 Ｓ ｚ
为：
—
问 题 ， 速 终 端 滑 模 控 制 （ ａｔＴ ｒ ｎ ｌＳｉｉｇ 快 Ｆ ｓ ｅｍｉａ ｌ ｎ ｄ
ｓｇ （ １ ｉｎ ｓ）
用 定 ， 基 并
于干扰 观测 器 的输 出设计 了终 端滑模 控 制方法 。最 后
将 所设 计 的基 于神 经 网络干扰 观测 器 的终端 滑模方 法 应 用 于无人 机 鲁棒 飞 行控 制 ， 通 过 仿 真 验证 其 有 效 并
２１ ０ ２年 第 ４期
杨 立 一 ： 于神 经 网络 干扰 观 测 器 的 终 端 滑 模 飞 行 控 制 设 计 基
另 一方 面 ， 由于具 有强 鲁棒控 制能 力 ， 滑模 控制 使 （ ｌ ｉｇ Ｍｏ ｅＣ ｎｒ ｌ Ｍｃ 方 法 在 飞 行 控 制 器 设 Ｓｉ ｎ ｄ ｏ ｔｏ，Ｓ ） ｄ 计 中得 到 了一定 的应 用［ 。但 传统 的滑 模控制 存 在 颤 ６ ］
振 ， 不 能保 证状 态 在 有 限 时 间 内 收敛 。为 了克 服这 且
基 于 神经 网络 干扰观 测器 的终 端 滑模 飞行 控 制 设 计
杨 立 一
（ 国航 空Ｘ 业 洛 阳 电光 设 备 研 究 所 ， 河 南 洛 阳 中 － ４１０） ７０ ９
摘 要 ：针 对 具 有 不 确 定 的非 线 性 多输 入 多输 出 系统 ，利 用 径 向 基 神 经 网 络设 计 非 线 性 干扰 观 测 器 ， 并基 于 所 设 计 的干 扰 观 测 器 提 出 了终 端 滑 模 控 制 方 法 。 同时 应 用 于 六 自由度 无人 机 的 鲁棒 飞行 控 制 器 设 计 。仿 真 结果 证 明 了该 控 制 方 案 的有 效 性 和 鲁 棒 性 。
关 键 词 ：无 人 机 ；神 经 网络 ；飞 行 控 制 ；干 扰 观 测 器 ；终 端 滑模 控 制
中 图 分 类 号 ：Ｖ２ ９： Ｐ ８ ７ Ｔ １３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
１ 问 题 描 述
为 了提高无 人 机 的飞 行 控 制 精 度 ， 有必 要 采 用 非 线性 控制 方 法 来 设 计 无 人 机 鲁 棒 飞 行 控 制 器 。文 献
Ｍｏ ｅＣ ｎｒ ｌ ＴＳ ） 提 出 ， 得 到 了 大 量 的 研 ｄ ｏ ｔ ，Ｆ ＭＣ 被 ｏ 并
Ｃ 。 ｅ
……… …… ……… …… …… ……
（） ３
究 。文 献 Ｅ ３ ７ 研究 了基 于 自适 应 模 糊快 速终 端 滑 模 控
制 的导 弹 自动驾 驶 仪 设计 技 术 。但 对 无 人 机 来说 ， 终 端 滑模 控制 研究 结果 还 比较少 。
段 光滑 有界 函数 。为 不 失 一 般 性 ， 设 Ｇ（ ） 可 逆 假 ｚ 是
的。
行控 制在 现代 控 制领 域 得 到 了大 量 研究 。文 献 Ｅ ］ ｓ 研
究 了基 于干扰 观测 器 的动态 逆飞行 控 制方法 。
为 了设 计 终 端 滑 模 控 制 ， 先 令 ａ ｚ） ０和 首 ｆ（ ＝
性 。
收 稿 日期 ：２ １— ４ １ ；修 回 日期 ：２ １ —４ ２ ０２０—６ ０ ２０ — ２
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２ ｉｎ ｓ） ｓｇ （ ２
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作 者 简 介 ：杨 立 一 （９ ８） １ ６ 一 ，男 ， 河南 洛 阳人 ，高 级 工 程 师 ，硕 士 ，研 究方 向 ；飞 行 控 制 、火力 控 制 。