申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2021-10-25

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN114326781B

主分类号：G05D1/695

分类号：G05D1/695;G05D109/28

优先权：["20201208 CN 2020114409334"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2022.04.29#实质审查的生效;2022.04.12#公开

摘要：本发明公开了一种完全分布式导弹编队协同自适应容错补偿控制器，构建步骤为：首先建立导弹编队在执行器故障模式下的运动模型；然后，构建导弹编队系统的有向通讯拓扑结构图，根据有向图得到邻接矩阵和连通矩阵，确定编队通讯方式；最后根据导弹编队在故障情形下的运动模型，构建完全分布式自适应容错控制律，从而实现期望编队飞行。本发明容错补偿器实现了导弹编队在多枚导弹同时发生故障以及在多种不确定性和外界环境扰动情况下的期望编队飞行，能够显著提高导弹编队飞行的可靠性和抗干扰能力。

主权项：1.一种完全分布式导弹编队协同自适应容错补偿控制器，所述容错补偿控制器是利用导弹自主编队协同制导控制算法中的导弹运动参数进行的；其特征在于包括有六步构建步骤：步骤1，从编队飞行控制模块中提取出导弹编队运动模型；根据编队飞行控制模块中的导弹编队信息，得到的导弹编队运动模型为： 下角标i表示导弹的标识号； 表示导弹在惯性坐标系的纵向上的飞行速度； 表示导弹在惯性坐标系的侧向上的飞行速度； 表示导弹在惯性坐标系的高度方向上的飞行速度； 表示导弹的飞行加速度；Vi表示导弹的飞行速度； 表示导弹的航迹角的角速度；θi表示导弹的航迹角； 表示导弹的航向角的角速度；ψi表示导弹的航向角；g表示引力常量；ui,x表示导弹过载矢量在导弹坐标系的纵向上的分量；ui,y表示导弹过载矢量在导弹坐标系的侧向上的分量；ui,z表示导弹过载矢量在导弹坐标系的高度方向上的分量；步骤2，利用编队协同飞行过程中的干扰源进行导弹编队运动模型的修正；导弹编队运动模型是静态的；导弹编队在实际执行飞行任务过程中进行协同飞行时，会受到外界气流干扰，用t作为当前时刻；位于当前时刻t之前的时刻，记为上一时刻t-1；位于当前时刻t之后的时刻，记为下一时刻t+1；由于导弹编队在执行飞行任务时会受到外界气流干扰，于是令dix,diy,diz为导弹受到的外界扰动，将所述dix,diy,diz加载在式1中进行修正，得到修正后的导弹编队运动模型为： di,x表示导弹在导弹坐标系的当前时刻纵向上受到的外界干扰；di,y表示导弹在导弹坐标系的当前时刻侧向上受到的外界干扰；di,z表示导弹在导弹坐标系的当前时刻高度方向上受到的外界干扰； 表示当前时刻导弹在惯性坐标系的纵向上的飞行速度； 表示当前时刻导弹在惯性坐标系的侧向上的飞行速度； 表示当前时刻导弹在惯性坐标系的高度方向上的飞行速度； 表示当前时刻导弹的飞行加速度； 表示当前时刻导弹的航迹角的角速度； 表示当前时刻导弹的航向角的角速度；步骤3，记录每个导弹的运动向量；采用长向量的方式记录着每个导弹的运动，所述的运动向量是编队飞行控制模块提供的；容错补偿器接收的导弹运动向量为：UUi＝[ui,xui,yui,z]T3UUi表示编队飞行中导弹在导弹坐标系的的运动量；上角标T为坐标转置；考虑执行器故障模型，在实际应用中，单枚导弹在驱动方面的运动量为： 表示故障发生后的导弹的运动控制输入，上角标f表示故障事件；ρi表示导弹执行器发生故障后损失的效率，且0≤ρi≤1；如果ρi＝1意味着导弹的执行器完全失效，如果ρi＝0表示执行器没有发生故障，仍在正常工作；步骤4，构建故障模式下的导弹编队运动修正模型；结合式1、式2和式4，得到导弹编队在故障模式下的运动模型为： 表示导弹在惯性坐标系下三个方向上的加速度矢量；而pi表示导弹在惯性坐标系下的位置，且pi＝[xiyizi]T；xi表示导弹在惯性坐标系的纵向上的位置，yi表示导弹在惯性坐标系的侧向上的位置，zi表示导弹在惯性坐标系的高度方向上的位置；Bi表示导弹的飞行参数矩阵，且Di表示导弹因受到地球引力而产生的加速度，且Di＝[0-g0]T，g表示引力常量；ddi表示导弹在惯性坐标系下三个方向上受到的外界干扰微分矢量，且在编队飞行过程中，所述Bi会由于受到外界大气风场干扰而受到不确定性，因此所述Bi分为标称参数部分和不确定性部分这两部分，则表示已知的导弹飞行参数，表示不确定干扰因素造成的未知的导弹飞行参数；同理，在编队飞行过程中，所述Di会由于受到外界大气风场干扰而受到不确定性，因此所述Di分为标称参数部分和不确定性部分这两部分，则表示受地球引力而产生的已知的加速度矢量，表示不确定干扰因素造成的未知的加速度矢量；式5承载干扰源后的导弹运动修正模型写成如下式子： DLi表示导弹受到的等价扰动，包括了参数不确定性，非线性，外界大气风场干扰等不确定性；所述步骤5，构建导弹编队飞行任务的有向连通拓扑结构图；构建导弹编队系统的有向通讯拓扑结构图，根据所述的有向通讯拓扑结构图得到邻接矩阵和连通矩阵；步骤6，完全分布式自适应容错控制律的设置；根据导弹编队在多种不确定性、外界环境扰动以及执行器故障模式下的运动模型，设计了完全分布式自适应容错控制律UUis，实现期望的编队飞行；完全分布式自适应容错控制律UUis为： s表示拉普拉斯算子；αis表示导弹运动修正模型的权重耦合增益；Ki表示导弹运动修正模型的反馈增益矩阵；γis表示导弹与邻居导弹的通信关系Gis表示导弹运动修正模型的滤波器结构；pi表示导弹在惯性坐标系下的位置； 表示已知的导弹飞行参数；I3表示一个3×3的导弹运动向量矩阵； 表示受地球引力而产生的已知的加速度矢量。

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权利要求：

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