基于自适应Backstepping方法的无人飞艇纵向受限控制

数 ； 制变 量 ｂ Ｘ 是 时变 的且 为依 赖 于 Ｘ的一 个 已 控 （） 知连 续 函数 ；（ ｔ为 时 变 的外 部 干 扰 且 满 足 不 等 ｄ ｘ，）
式 Ｉ （ ｔ Ｉ （ ； （ ） 光 滑 已知 函数 ； 为 未 ｄ ｘ，） ≤ｐ ） ｐ Ｘ 为 知常 数．
根据 无人 飞艇 的作 动 器 实 际 运 行情 况 ， 制输 控
ｓｒ ｔｇ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｔａｅ ｙ ｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈａ ｈ ｍｐｒｖ ｄ ｃ ｎ ｔａ ｎ ｄ ｆｉｈ ｏ ｒ ｌｃ ｎ ｅｔ ｔｖ ｌ ａ ｋ ｅ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ｔｔ ｅ ｉ ｏ ｅ ｏ ｓｒ ｉ ｅ ｇ ｔｃ ｎｔｏ ａ ｆ ｉ ｅｙ ｔｃ ｌ ｌ ￣ｃ ｔ ｅ ｅ ｔｒ ａ ｉ — ａｙ ｎ ｉｔ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｔｏ ｎ ｕ ｏ ｓｒ ｉ ｔｏ ｍａ ｅ ｉｓ ｉ Ｔｈ ｅ ｈ ｘ ｅ ｎ ｌｔｍｅ ｖ ｒ ｉ ｇ ｄ ｓｕ ｂａ ｃ ｎ ｈ ａｕ ａｉｎ ｉ ｐ ｔｃ ｎ ｔａｎ ｆｕｎ ｎｎ ｄ ａｒ ｈｐ． ｅｄ — ｓｒ ｄ ｈ ｉｈ ａ ｅｑｕｃ ｌ ｂ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｃ ｈｅｒ ｆｒ ｎ ｅ ｓｇ ａ ｔｔ ｅ ｐ ｔｈ ｎ ｎ ｌ ．Ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｏ — ｉｅ ｅｇ ｔｃ ｎ ｂ ｉｋ ｙ ｏ ｔ ｉ ｅ ｏ ｔａ ｋ ｔ ｅｅ ｅ ｃ ｉｎ ｌｏ’ｈ ｉ ｉ ｇ ａ ｇ ｅ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｃ ｎ ｃ ｓｒ ｉ ｅ ｉ ｈ ｏ ｔｏ ｓａ ｆｅ ｔｖ ｏ ｔｏ ｃ ｍｅ ｆｒｕ ｔａｎ ｄ ｆ ｇ ｔｃ ｎｒ ｌｉ ｎ ｅｆｃ ｉｅ ｃ ｎ ｒｌｓ ｈｅ ｏ ｎｍａ ｅ ｉｓ ｐ ｌ ｎｎ ｄ ａｒｈｉ ．
，
制 刖 允
由于无人 飞艇 在安 全监 控 、 灾情 获 取 、 通 管制 交 和军 事侦 察 等方 面有 着广 泛 的实 际应用 以及 发 展前
Ｂ ｃｓ ｐ ｉｇ飞行控 制 的设计 ａｋｔ ｐｎ ｅ
景 ， 人 飞 艇 的 相 关 技 术 被 广 泛 研 究 从 而 不 断 发 无
展 ｌ Ｊ 无人 飞艇 的稳 定 性 是 飞 艇 完 成 各 种 任 务 的 】 ． 前提 条件 ， 同时无 人 飞 艇 在 飞行 过程 中受 到 各 种 外
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｎ ｎ ｅ ｉ ｈｐ ｌｎｉ ｄｎｌ ｏｉ ； ｉ ｔ ｏ ｔ ｌ ｄ ｐｉ ｏｔ ｌ ｙｗ ｒ ｓ ｕ ｍａｎ ｄａ ｓ ｉ； ｏ ｇ ｕ ｉａ ｍ ｔ ｎ ｆｇ ｎｒ ；ａａ ｔ ｅｃｎ ｏ； ｒ ｔ ｏ ｌ ｈｃ ｏ ｖ ｒ
Ｂａ ｋｓｅ ｐ ｎ ｏ ｔｏ ｃ ｔｐ ｉｇｃ ｎｒｌ
摘要 ： 对无人 飞艇 受扰 纵 向运 动难 以控 制 的特点 ， 出 了一 种基 于 自适 应 Ｂ ｅｓ ｐｉｇ方 法的鲁 针 提 ａｋｔ ｐｎ ｅ 棒 受限控 制 方法． 首先 对于飞艇 模 型 中的外部 时 变干扰 ， 用参数 自适应 方 法进 行 有 效 的 处理． 采 然 后在 无人 飞艇 飞行控 制 器设 计 时 ， 明确 考 虑到 非 对 称 输入 饱 和 限 制 的影 响 ． 引入 一 个辅 助 分析 系
ｔ ｅ ａｒｈ ｐ． Ｗ ｈ ｎ ｔ ｉｈ ｏ ｔｏ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｈ ｉｓ ｉ ｅ ｈｅ ｆ ｇ ｔｃ ｎ ｒｌｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ， ｔ ｅ ｅｆ ｃ ｆｔ ｅ ｄｉｓ ｍｍｅｒｃ ｌｓ ｔ ｒ ｔ ｎ ｉ ｐ ｔｃ ｎ— ｌ ｈ ｆ ｔｏ ｈ ｓ ｙ ｅ ｔｉａ ａ ｕ ａ ｉ ｎ ｕ ｏ ｏ ｓｒ ｉ ｔ ｓ ｏ ｓｄ ｒ ｄ Ａｎ ｕ ｉｉｒ ａ ｌｓｓ ｙ ｔ ｍ ｗａ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｔ ａ ａｙ ｅ ｈ ｃｍ ｓｒ ｉ ｔ ｆｅ ｔ ｔａ ｎ ｓｗａ ｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ． ａ ｘ ｌ ｙ ｎａｙ ｉ ｓ ｓｅ ａ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｏ ｎ ｌｚ ｔ ｅ ｔ ｔａ ｎ ｅ ｃ ． Ｃｏ ｍｂｉ ｅ ｈ ｕ ｉ ａ ｎ ｌ ｓｓ ｙ ｔｍ ｔ Ｂａ ｋ ｔｐ ｎ ｅｈ ｄ，ａ ａ ａ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔａ ｎ ｉｈ ｏ ｔｏ ｎ ｄ ｔ ｅ ａ ｘｌ ｒ ａ ａｙ ｉ ｓ ｓｅ ｗｉｈ ｉｙ ｃ ｓｅ ｐｉｇ ｍ ｔ ｏ ｎ ｄ ｐ ｉ ｏ ｓｒ ｉ ｔｆ ｇ ｔｃ ｎｒ ｌ ｖ ｌ
统， 对无人 飞艇 输入 限制的影 响 进行 有 效 分析 ． 时将辅 助 分 析 系统和 Ｂ ｃ ｓ ｐ ｉｇ方 法相 结 合 ， 同 ａｋｔ ｐｎ ｅ 最 终 为无人 飞艇纵 向运 动设 计 了 自适应 受 限飞行控 制． 结果表 明 ： 所设 计 的 自适 应 受限飞行 控制 在
作 用 下 ， 有效地 处理 受扰 无人 飞艇 的时 变外部 干扰和 输入饱 和 限制 ， 能 能快速 达到 理 想高度 且跟踪 到 俯仰 角参 考指令 ， 一种有 效 的无人 飞艇 受 限飞行控 制 方法． 是
基 于 自适 应 Ｂ ｃ ｓ ｐ ｉｇ 法 的无 人 ａｋｔ ｐｎ 方 ｅ 飞艇 纵 向受 限控 制
冯 星 ，邹 杰 陈
，
谋 ，尹 卫 平
（ ． 电控 制 技 术 重点 文 验 室 ， 南 洛 阳 ４ １０ ； ． 京 航 空航 人 大学 Ｆ动 化 学 院 ， 苏 南京 ２ ０ １ ） １光 河 ７ ０ ９ 南 ２ ｔ 江 １０ ６
１．自适 应 Ｂ ｃ ｓｅ ｐｎ ａ ｋ ｔｐ ｉｇ受 限控 制
考虑 到所 设计 的 自适应 Ｂ ｃ ｓ ｐ ｉｇ控 制 要 应 ａｋ ｔ ｐｎ ｅ
部干 扰 的影 响 ， 如风 干扰 ， 往会 使无 人 飞艇偏 离 例 往
指定 位置 ， 因而为 其 设 计 出抗 干 扰 能力 强 的鲁 棒 飞
入各 个分 量 的上下 界 限值 存 在 不 一 致 的情 况 ， 立 建
改变 飞艇 重 心位置 控 制纵 向运 动 ， 文献 ［０］ 究 而 １ 研 了无 人飞 艇 的鲁棒 航 向控 制 系 统 设 计 ． 目前 有 关 但 无 人 飞艇 的控 制 技 术 都 还 没 有 考 虑 到 输 入 饱 和 限 制， 而输 入饱 和 限制在 实 际系统 总是 存 在 的 ， 因此 有
用于无人飞艇 的飞行控制 ， 同时为 了方便描述其设
计过 程 ， 自适 应 Ｂ ｃ ｓ ｐ ｉｇ控 制 的 被 控 对 象 选 为 ａｋｔ ｐｎ ｅ 如下 形式 ：
行 控 制是 非 常 必 要 的． 献 ［ 基 于轨 迹 线 性 化 方 文 ３］ 法研 究 了飞 艇 姿 态 控 制 ， 文献 ［ 对 高 空 飞 艇 的 而 ４］
高度 保持 控 制 器 进 行 了设 计 ； 献 ［ 基 于 自适 应 文 ５］ 动态 逆研 究 了飞 艇 自主 速 度 控 制 ； 献 ［ ］ 对 具 文 ６针
ｆ ２ 【 ’ 戈
２ Ｘ ＝ ）＋ｂ ｘ） （ Ｕ＋ｄ ｘ ｔ ， （ ，）
（） １
、
式 中 ： ， ］ 系 统状 态 矢 量 ；（ 为 已知 函 Ｘ＝［ 为 厂 ）
卷
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作 者简 介 ：
杰９ ），４Ｈ童丰 ｚｅ６ｏ， 事 挎制牛】 （７ ￣，￣ 曩 ｏ ３ｉ主要从 黼 １一 ￣４Ａ ７ ，５ ， Ｉ １ ｆＩ ｕ ． ｎ ｊ Ｉ １ｃ¨ ｉ ） ＠ １ 火
ｇ．１ １ ， （９ － ） ７ 男 河南郑州人 ， 帅， 高级工 师 （
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关 键词 ：无人 飞艇 ； 向运动 ；飞行控 制 ；自适 应控 制 ；Ｂ ｃ ｓ ｐ ｉｇ控 制 纵 ａｋｔ ｐｎ ｅ
中图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ２３
Hale Waihona Puke 文 献标 志码 ： Ａ文章 编号 ：１７ — ７ ５ ２ １ ）５—０ ５ ６ １ ７ ７ （０ １ ０ ５ ２—０ ５
ｉ ｏ ｎ ｄ ａｒ ｈ ｐ Ｃｏ ｓ ｒ ｉ ｔｃ ｎ ｒ ｌｏ ｏ ｇ ｔ ｄ ｎ ｌｍ ｏｔｏｎ ｆ ｒ ｕｎｍ ａ ｎｅ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｏ ｔ ｏ ｆｌ ｎ ｉｕ ｉ ａ ｂ ｓ ｄ ｏ ｄ ｐ ｉ ｅ Ｂａ ｋ ｔ ｐ ｉ ｇ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｔｖ ｃ ｓ ｅ ｐ ｎ
有扰 动 的高 空飞艇 ， 计 了鲁棒 姿态 控 制 系统 ， 设 而文 献 ［ ］ 究 了平 流 层 飞 艇 姿 态 鲁 棒 控 制 ． 飞 艇 的 ７研 在
飞行模 式 中定 点 飞行 控 制 是 一 个 重 要 的研 究 方 向 ， 得到 了广 泛地 研究 。 ９． 飞艇 定点 飞 行控 制 中 ， 。 在 ＩＪ 纵 向运 动控 制 是 需 重 点 考 虑 的问 题 ． 献 ［ 研 究 了 文 ９］
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