基于扩张状态观测器的姿态驾驶仪设计

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。基于扩张状态观测器的姿态驾驶仪设计　　摘要：在导弹飞行过程中，导弹姿态自动驾驶仪主要用于对弹体姿态进行实时控制。姿态驾驶仪结构简单，响应速度较慢，在一般情况下响应速度远低于过载驾驶仪[1]。文中提出了一种基于扩张状态观测器的姿态驾驶仪设计方法，通过扩张状态观测器的引入，可以对弹体稳定力矩和弹体气动参数摄动进行实时补偿，在提高姿

2、态驾驶仪响应速度的同时，也在一定程度上降低了气动参数摄动对驾驶仪指标的影响，在工程实践中具有更好的可操作性。　　关键词：扩张状态观测器；姿态驾驶仪；弹体姿态；气动参数摄动　　中图分类号：TP39；TJ765文献标识码：A文章编号：2095--00-02　　0引言为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校

3、做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　扩张状态观测器是一种基于最速控制系统、非线性微分器结合产生的�钐�观测器[2，3]。扩张状态观测器根据非线性反馈机制，将系统扰动或未建模部分扩张成新的状态变量，利用系统输出将扰动或未建模部分和系统原状态变量一起观测。扩张状态观测器的运行不依赖于系统扰动模型，对系统扰动观测具有准确、快速等特点，从某种意义上来说是一种通用的系统扰动观测器。本文基于扩张状态观测器，对某型号导弹姿态自动

4、驾驶仪进行了设计，通过仿真结果对比分析表明扩张状态观测器的引入提高了导弹姿态控制效果，基于扩张观测器的姿态驾驶仪控制效果优于一般的经典结构姿态驾驶仪。　　1扩张状态观测器　　设有未知外界扰动作用条件下的非线性不确定对象为：　　　　式中，为未知函数，u为控制输入，w为未知外界扰动，系统状态变量x为测量值。利用观测量x构造出不依赖和w的非线性系统，使其能根据x估计出系统状态变量和被扩张出来的状态变量w，这类非线性系统即称为扩张状态观测器。　　令，将式进行改写，如式：　　　　对于式设有如下等式：　　　　式中

5、，g的表达式为g=

6、ε

7、η・sign，其中sign为符号函数。　　对式中的参数β01，β02，…，β0n+1和η1，η2，…，ηn+1进行适当选择，式中的状态变量即可对式中的状态变量进行很好的估计：　　可以根据式对原系统中未知函数和外界扰动的总作用进行估计。式即为扩张状态观测器的一般形式。　　2基于状态观测器的弹体姿态驾驶仪设计为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余

8、文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　考虑弹体的对称性，仅对弹体俯仰通道姿态驾驶仪进行分析设计，俯仰通道弹体模型见式：　　　　式中，为弹体滚转角，wz为弹体俯仰角速度，a25、a24、a22为弹体标称动力学系数，具体定义见文献[4]，Δa25为动力学系数a25的变化量，δz为俯仰舵偏，α为弹体攻角。　　根据式和式，设x1=，x2=wz，ξ=a24・α

9、+Δa25・δz+a22・wz可以得到俯仰通道状态空间表达式和扩张状态观测器的表达式，见式和式。　　　　　　根据式和式可知，在导弹飞行过程中，弹体俯仰通道模型部分变量a24・α、a22・wz和弹体模型偏差Δa25・δz之和ξ可以被z3实时估计出来。导弹俯仰通道姿态驾驶仪框图如图1所示。　　基于扩张状态观测器的俯仰通道姿态驾驶仪结构框图如图2所示。　　在图1和图2中，wi为姿态驾驶仪外环参数，Kg为自动驾驶仪角速度阻尼参数，中G的具体参数定义见文献[3]，舵机环节是和速率陀螺环节均可简化为系数为1的比例

10、环节。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　在图2中，基于扩张状态观测器的自动驾驶仪根据弹体姿态角输出，对弹体俯仰通道干扰和未建