1.基于干扰观测器的行星着陆有限时间控制方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:建立行星着陆探测器的动力学模型;
行星体为一个相对于行星惯性坐标系绕自转轴做等速旋转的标准圆球,且行星大气是均匀的;
行星大气进入段长时间保持超音速飞行,而且高度变化剧烈,因此,在实际的行星探测器大气进入过程中,必须考虑行星自转因素的影响;
同时考虑在有外部扰动的情况下,行星探测器进入制导算法设计,建立三自由度的行星探测器动力学模型:
其中,θ为探测器的经度,φ为探测器的纬度,r为探测器到行星球心的距离,V为探测器的速度,γ为探测器的飞行路径角,ψ为探测器的航向角且ψ=0时表示探测器指向东,σ为探测器的倾侧角;L和D为探测器的升力和阻力加速度,定义为:其中阻力和升力系数为CD和CL,为马赫数的函数,S为探测器的参考面积,m为探测器的质量,ρ为行星大气密度;行星引力场模型为 其中μM为行星引力常数;
此外,公式(1)中Cγ和Cψ是由行星自转引起的科氏加速度,定义为其中ωp为行星自转角速率;
期望的行星探测器动力学模型,定义为:其中,θd为期望的探测器经度,φd为期望的探测器纬度,rd为期望的探测器到行星球心的距离,Vd为期望的探测器速度,γd为期望的探测器飞行路径角,ψd为期望的探测器航向角;
步骤2:建立行星进入段轨迹跟踪控制模型;
基于行星探测器动力学模型,考虑行星大气进入段探测器系统在包含大气密度不确定情况下,行星大气进入段轨迹跟踪控制问题;其中,具体的大气密度不确定为以下形式:ρ=ρ0+Δρ,其中ρ0表示标称的行星大气密度,Δρ表示未知的行星大气密度不确定;气动参数不确定L/D=(L/D)0+Δ(L/D);其中,(L/D)0为标称的行星探测器升阻比,Δ(L/D)=Δ(CL/CD);则可得
CL=CL0+CD0*(Δ(L/D)),CD=CD0+CL0*(Δ(D/L)); (5)其中,CD0和CL0为探测器的标称阻力和升力系数;
由公式(1)可知,行星大气密度以及探测器气动力系数与动力学系统中气动力模型紧密相关;而在制导控制方法倾侧角指令控制中,不确定参数引起的摄动会随着动力学方程递推传播到行星着陆跟踪控制模型中;
进入段探测器的位置跟踪误差x1和速度跟踪误差x2定义为:其中,r,rd为沿着参考轨迹的探测器到行星球心的距离、期望距离;
所述的行星着陆跟踪控制模型如下:步骤3:根据行星探测器动力学模型及行星着陆跟踪控制模型,基于干扰观测器的行星着陆有限时间控制算法,解算探测器实时状态信息,得到探测器倾侧角指令;
干扰观测器将公式(7)中不确定性和外部扰动作为扩张的状态进行估计,干扰观测器的模型为:
其中,e为观测器的估计误差,z1,z2,z3为观测器的输出,β01,β02,β03为观测器的增益,0
‑1 *
uAda=‑(Lcosγ) [u+up(t)] (10)其中,公式(10)~公式(12)中,参数T,kT为正常数,且参数k1,k2,α1,α2均为常数;公式(12)中滑模变量s(t)为:公式(12)中 的自适应更新率定义如下:公式(14)中变量ε0,ε1,ε2为正常数,p0,p1,p2为常数;
得到控制指令:
cosσ=uAda (15)通过公式(13)给出的滑动面,在公式(10)的控制器和公式(14)自适应更新率共同作用下,最终公式(7)的状态x1,x2在原点邻域内收敛,也即跟踪的位置误差和速度误差能同时达到零,从而到达精确的开伞位置。