超低空空投拉平阶段混合迭代滑模控制

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1、2015年1月北京航空航天大学学报January2015第4l卷第1期JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．1http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0020超低空空投拉平阶段混合迭代滑模控制刘日，孙秀霞+，董文瀚(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要：针对超低空空投拉平阶段地面效应、传感器测量误差以及低空气流等不确定性因素干扰轨迹精确跟踪，威胁载机的安全性和任务完成性等问题，设计了

2、二级混合迭代滑模变结构飞行控制律．第1级滑模采用全局动态切换函数，消除了滑模运动的到达阶段，保证了系统在响应全程的鲁棒性；第2级滑模采用非线性积分切换函数，将积分项产生的超调转移到第1级滑模，保证轨迹跟踪精度的同时改善了动态性能．应用Lyapunov稳定性理论和Bar-balat引理证明了该飞行控制律能完全抑制常值的模型摄动和外界扰动，可以控制动态模型摄动和外界干扰下稳态误差的上界．仿真验证了所提控制方法的良好跟踪性能和强鲁棒性．关键词：超低空空投；飞行控制；混合迭代滑模；拉平控制；地面效应；鲁棒性中图分类号：V249．1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)01-008

3、3-07超低空空投主要用于重型装备的精确投放，是大型运输机必备的功能之一¨。3。．超低空空投过程包括准备、下滑、拉平、牵引和拉起5个阶段，运输机在百米空域经下滑、拉平到达的高度，在空投点，货物由牵引伞牵引出舱H。1．超低空空投拉平阶段，为保证载机安全性和空投精确性，要求极高精度的轨迹跟踪．然而，地面效应M’71、传感器测量误差以及低空气流"。9’等不确定因素严重干扰轨迹控制，威胁飞行安全和任务性能，因此设计快速准确、抗干扰能力强的拉平控制律十分迫切．文献[10—11]设计了变重心、变重量控制器稳定飞机姿态，但控制器要求精确模型，系统鲁棒性欠佳．文献[12一13]综合输入／输出反馈线性化方

4、法的解耦能力与变结构控制鲁棒性强的优点，设计了内环姿态跟踪控制律，并结合外环PID高度保持完成空投纵向控制，但系统对动态模型摄动和外界扰动情况下的控制效果较差．此外，对于不同载重不同高度下的空投任务，基于PID的外环控制将面临增益调度矩阵过大的问题．本文设计了一种双环滑模空投拉平控制律，内环滑模稳定载机姿态，外环滑模代替PID控制器跟踪高度，以保证整个飞控系统具有较强的鲁棒性．同时，综合全局滑模和积分滑模控制的优点014]，提出了一种迭代滑模控制方法，实现了空投拉平轨迹的无超调精确跟踪．该控制律能完全抑制常值的模型摄动和外界扰动，控制动态模型摄动和外界干扰下稳态误差的上界，解决了空投拉平

5、过程中地面效应、传感器测量误差及大气扰动等不确定因素影响下的鲁棒控制问题．1超低空空投拉平阶段非线性模型超低空空投拉平过程中，载机的横侧向运动状态几乎不发生变化，且一般不调节发动机推力．载机纵向非线性运动方程⋯1可表示为收稿日期：2014-01一】4：录用日期：2014．04—14；网络出版时间：2014-05-1517：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0020．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(60904038)；航空科学基金资助项目(20141396012，20121396008)作者简

6、介：刘日(1988一)，男．吉林长春人。博士生，lr—taiyang@126．corn．+通讯作者：孙秀霞(1962一)。女，山东潍坊人，教授，gcxysxx@126．com，主要研究方向为现代鲁棒控制、飞行控制引用格式：刘日，孙秀虞，董文瀚．超低空空投拉平阶段混合送代滑模控制fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(1J：83-89．LiuR．SunXx。DongWH．Hybriditerationslidingmodecontrolforultra—lowaltitudeairdropleveloff[JJ．JournalofBeijingUniversityofAeronaut

7、icsandAstronautics，2015，41(J)：83—89(inChinese)．，9=一厶一工7一厶cosy+Lo+dw(c，7，9)表征系统外环运动的状态方程为J舌：g予=一厶一fly—Lcosy+Ao+dw(c，y,O)【j：以+工g+Lo一六y+五6。+d。(c，y，0，g，8。)(4)(1)式中，y，p，q，6。，C分别表示航迹角、俯仰角、俯仰=C角速度、升降舵偏度、气动参数；fo=兰c加；工=丽qSc。。+丽