CN111538236A - 基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，属于飞行器控制技术领域。仅采用线加速度计测量飞行器的纵向加速度，转换为纵向过载，与过载指令滤波信号进行比较得到过载误差信号，再通过线性与非线性积分得到积分综合信号。对过载信号与分数阶微分信号进行比较得到分数阶过载误差信号，进行滞后处理得到滞后信号，再设计六个校正网络，滞后信号依次通过六次校正后得到分数阶微分信号，再对过载信号进行滞后处理得到滞后微分信号。最终对上述误差、积分、分数阶微分与滞后微分信号进行综合得到总的过载控制信号，即可实现飞行器的过载控制。该方法仅需测量过载，具有测量简单，成本经济的优点。

Description

基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法

技术领域

本发明属于飞行器控制领域，尤其涉及一种仅测量纵向过载的基于 分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法。

背景技术

传统的飞行器控制技术主要采用姿态控制，通过陀螺仪测量飞行器 的姿态角，以及采用速率陀螺仪测量飞行器的姿态角速率信号提供阻尼， 来增强系统的稳定裕度。而部分追求机动性的飞行器设计采用过载控制， 通过过载测量来实现过载跟踪与大机动飞行。但由于系统稳定性的要求， 往往需要在测量飞行器过载的同时，测量飞行器的姿态角速度，或者姿 态角加速度来提高控制系统所需的阻尼。但角加速度的准确测量比较困 难，姿态角速率的测量元器件也比较昂贵，或者某些小型飞行器无法提 高按照姿态角速率测量的元器件。因此仅测量过载并采用数字微分技术 提供系统阻尼的方法就十分有价值。基于上述背景原因，本发明提供了 一种采用分数阶微分技术提供阻尼信号的过载控制方法，特别适用于小 型低成本的低速飞行器控制，既能节省空间，又能节省控制成本。因此， 具有很高的理论价值与工程应用价值。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发 明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现 有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器 纵向过载控制方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和 缺陷而导致阻尼不足或者阻尼获取困难问题，并能减少测量元器件的安 装，从而降低飞行器过载控制实施的经济成本。

本发明提供了一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载 控制方法，包括以下步骤：

步骤S10：在飞行器上安装线加速度计，测量飞行器的纵向过载， 并与过载指令进行比较，得到过载误差；

步骤S20：针对所述的过载误差分别进行线性积分与非线性积分， 得到过载误差的积分综合信号；

步骤S30：设置分数阶微分信号的初始值，并与所述的纵向过载信 号进行比较，得到分数阶过载误差信号。并对分数阶过载误差信号进行 滞后处理，得到滞后信号；

步骤S40：针对所述滞后信号，建立分数阶近似差分方程组，进行 差分运算后得到分数阶微分信号。并用该分数阶微分信号，在后续所有 的解算中替代步骤S30中的分数阶微分信号初始值进行运算，循环解算 得到滞后信号；

步骤S50，针对所述的过载信号，建立滞后差分方程组，得到滞后 微分信号；

步骤S60，针对所述的过载误差信号、过载误差综合积分信号、滞 后信号，滞后微分信号四类信号进行综合，得到最终的过载控制综合信 号，输送给俯仰舵，控制飞行器的纵向过载跟踪期望指令。

下面针对上述步骤的核心内容作更为具体的展开阐述，后续更为详 细的说明将在具体实施方式与案例实施仿真中进行补充。

在本发明的一种示例实施例中，对纵向过载指令进行平滑滤波，并 与纵向过载测量信号进行比较，得到过载误差信号包括：

其中e_nz为过载误差信号，

为常值过载指令信号，

为平滑滤波后 的过载指令，T₁为滤波时间常数，s为传递函数的微分算子，g为重力加 速度，一般取为g＝9.8即可，a_z为飞行器的垂直方向的加速度测量信号， n_z为纵向过载信号。

在本发明的一种示例实施例中，针对所述的过载误差分别进行线性 积分与非线性积分，得到过载误差的积分综合信号包括：

s_l＝s_1l+k₁s_2l；

s_1l＝∫e_nzdt；

s_2l＝∫e_fdt；

其中s_l为过载误差的积分综合信号，k₁为正的常值参数，s_1l为过载误差线 性积分信号，s_2l为过载误差非线性积分信号，dt表示对时间信号进行积 分，e_f为过载误差的非线性变换信号，e为指数函数exp的缩写，τ为时 间常数，取为正值。

在本发明的一种示例实施例中，对分数阶过载误差信号进行滞后处 理，得到滞后信号包括：

e_Dn＝n_z-D_nz；

De_Dnz(n)＝(e_Dn(n)-T₃e_Dnz(n))/T₂；

e_Dnz(n+1)＝e_Dnz(n)+Δt*De_Dnz(n)；

其中D_nz为分数阶微分信号，其初始值设为0，即D_nz(0)＝0。e_Dn为分数阶 过载误差信号，ω_n为滤波器的频率参数，ξ为滤波器的阻尼参数，均为 常值，且为正数，详细设计见后文案例实施。De_Dnz(n)、T₂、T₃为中间变 量。e_Dnz为滞后信号，其初始值设置为e_Dnz(0)＝0，Δt为计算机采样数据的 间隔，即e_Dnz(n+1)与e_Dnz(n)之间的时间间隔，一般选取为0.001即可。 e_Dnz(n+1)为滞后信号e_Dnz在(n+1)*Δt时刻的值。

在本发明的一种示例实施例中，对所述滞后信号，建立分数阶近似 差分方程组，进行差分运算后得到分数阶微分信号包括：

e_Dnz1(n+1)＝e_Dnz1(n)+(T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz2(n+1)＝e_Dnz2(n)+(T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz3(n+1)＝e_Dnz3(n)+(T₈e_Dnz2(n)-T₉e_Dnz3(n)+T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dn＝n_z-D_nz＝n_z-e_Dnz6；

其中T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉、T₁₀、T₁₁、T₁₂、T₁₃、T₁₄、T₁₅为校正网络的参 数，为正值，具体选取详见后文案例实施。e_Dnz为滞后信号，e_Dnz1为首次 校正输出信号，其在n*Δt时刻的值记作e_Dnz1(n)。Δt为计算机采样数据的 间隔，一般选取为0.001即可。其中e_Dnz1的初始值e_Dnz1(0)＝0。e_Dnz2为二次 校正网络输出信号，其中e_Dnz2的初始值e_Dnz2(0)＝0。e_Dnz3为二次校正网络输 出信号，其中e_Dnz3的初始值e_Dnz3(0)＝0。e_Dnz4为四次校正网络的输出信号。 其中e_Dnz4的初始值e_Dnz4(0)＝0。e_Dnz5为五次校正网络的输出信号，其中e_Dnz5的初始值e_Dnz5(0)＝0。e_Dnz6为末次校正网络的输出信号，其中e_Dnz6的初始值 设为e_Dnz6(0)＝0。其中D_nz为分数阶微分信号，e_Dn为分数阶过载误差信号。

在本发明的一种示例实施例中，针对所述的过载信号，建立滞后差 分方程组，得到滞后微分信号包括：

e_DnD＝(n_z(n+1)-n_z(n))/Δt；

e_Dnf＝(e_DnD-e_Dnde(n))/T₁₆；

e_Dnde(n+1)＝e_Dnde(n)+e_Dnf*Δt；

其中n_z为过载信号，e_DnD、e_Dnf为中间变量。e_Dnde为滞后微分信号，其 初始值设置为e_Dnde(0)＝0，T₁₆为滞后微分校正网络的常值参数，选取为正 数，其中Δt为计算机采样数据的间隔，一般选取0.001即可。

在本发明的一种示例实施例中，针对所述的过载误差信号、过载误 差综合积分信号、滞后信号，滞后微分信号四类信号进行综合，得到最 终的过载控制综合信号包括：

u_f＝k₂e_nz+k₃s_l+k₄e_Dnz+k₅e_Dnde；

其中k₂、k₃、k₄与k₅为常值控制参数，具体的，e_nz为过载误差信号，s_l为 过载误差综合积分信号，e_Dnz为滞后信号，e_Dnde微滞后微分信号，u_f为过 载控制俯仰通道综合信号。

该俯仰通道综合信号直接输送给飞行器俯仰舵系统，即可实现飞行 器俯仰通道的稳定飞行与控制，完成飞行器纵向俯仰通道给定过载跟踪 的控制任务。

本发明一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制 方法，给出了仅测量飞行器纵向过载就能实现飞行器纵向过载稳定跟踪 控制的方法。该方法不需要测量飞行器的角速度或者角加速度，就能实 现飞行器的稳定控制。因此较之传统的过载控制方法，具有实现简单， 测量仪器经济便宜，整体实施方案省钱的优点。同时，由于基于分数阶 近似微分的使用，使得系统不需要通过测量角速度或角加速度来提供阻 尼就具有较高的稳定性，因此该方法具有很高的理论与工程应用价值。

上述为本发明的主要内容，更为详细的实现实施细节将在具体实施 方式中进一步进行说明。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节 描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合 本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人 员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。

图1是本发明提供的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵 向过载控制方法的流程图；

图2是本发明所提供案例的飞行器纵向过载信号变化曲线(无单位)；

图3是本发明所提供案例的飞行器纵向过载指令信号变化曲线(无 单位)；

图4是本发明所提供案例的飞行器纵向过载误差信号变化曲线(无 单位)；

图5是本发明所提供案例的飞行器纵向过载误差综合积分曲线(无 单位)；

图6是本发明所提供案例的飞行器滞后信号曲线变化曲线(单位： 度每秒)；

图7是本发明所提供案例的飞行器分数阶微分信号变化曲线(单位： 度每秒)；

图8是本发明所提供案例的飞行器分数阶过载误差信号曲线(单位： 度每秒)；

图9本发明所提供案例的飞行器滞后微分信号曲线(无单位)；

图10是本发明所提供案例的飞行器纵向过载控制综合信号曲线 (无单位)；

图11是本发明所提供案例的飞行器俯仰舵偏角信号曲线(单位：度)；

图12是本发明所提供案例的飞行器攻角曲线(单位：度)；

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式 能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提 供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构 思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以 任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供 许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域 技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中 的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其 它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发 明的各方面变得模糊。

本发明公开的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载 控制方法，主要通过测量飞行器的纵向加速度信号，再通过公式转换为 过载信号，与过载指令进行对比得到过载误差信号，再进行线性与非线 性积分得到积分综合信号。其阻尼信号通过构造六次校正网络反馈与滞 后环节组成分数阶微分信号，同时叠加滞后微分信号，组成系统的阻尼 信号，从而补充由于减少成本而没有测量飞行器俯仰角速度或者角加速 度所引起的稳定裕度不足的问题。从而由于新颖的微分设计方法的引入， 不仅使得系统的稳定裕度有所提高，而且大大降低了该方法应用在小型 飞行器上的成本。因此该发明具有经济可靠的优点，特别适用运用在小 型低速低成本的飞行器控制上。

以下将结合附图对本发明实例实施例中提及的一种基于分数阶近似 微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法进行解释以及说明。参考图1 所示，该基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法包括以 下步骤：

步骤S10：在飞行器上安装线加速度计，测量飞行器的纵向过载， 并与过载指令进行比较，得到过载误差。

具体的，首先在飞行器器体上安装线加速度计，测量飞行器的垂直 方向的加速度信号，记作a_z，再进行转换后，得到纵向过载，记作n_z。

其转换方式如下：

其中g为重力加速度，一般取为g＝9.8即可。

其次，设置过载指令，并进行平滑滤波。一般设置过载指令为常值 信号，即可测试过载控制系统的稳定性与快速性。在此，设置过载指令 为常值

设置滤波器为一阶惯性环节，其可采用如下传递函数所示：

其中

为滤波后的过载指令。T₁为滤波时间常数。其详细设置见后文案 例实施。s为传递函数的微分算子。

最后，对上述纵向过载测量信号与滤波后的过载指令信号进行比较， 得到过载误差信号，记作e_nz，其比较方式如下：

步骤S20：针对所述的过载误差分别进行线性积分与非线性积分， 得到过载误差的积分综合信号。

具体的，首先对所述的过载误差信号进行线性积分，得到过载误差 线性积分信号，记作s_1l，其积分方式如下：

s_1l＝∫e_nzdt；

其中dt表示对时间信号进行积分。

其次，对过载误差信号进行如下的非线性变换后，再进行积分，得 到过载误差非线性积分信号，记作s_2l，其积分方式如下：

s_2l＝∫e_fdt；

其中e_f为过载误差的非线性变换信号，e为指数函数exp的缩写。τ为时 间常数，其详细设置详见后文案例实施。

最后，对上述过载误差线性积分信号与非线性积分信号进行综合叠 加，得到过载误差的积分综合信号，记作s_l，其计算方式如下：

s_l＝s_1l+k₁s_2l；

其中k₁为正的常值参数，其详细设置见后文案例实施。

步骤S30：设置分数阶微分信号的初始值，并与所述的纵向过载信 号进行比较，得到分数阶过载误差信号。并对分数阶过载误差信号进行 滞后处理，得到滞后信号。

具体的，首先设置分数阶微分信号D_nz的初始值为0，即D_nz(0)＝0。 然后与纵向过载信号进行比较，得到分数阶过载误差信号，记作e_Dn，其 计算方式如下：

e_Dn＝n_z-D_nz。

其次，设置滞后滤波参数如下：

其中ω_n为滤波器的频率参数，ξ为滤波器的阻尼参数，其为常值，且为 正数，详细设计见后文案例实施。

最后，将所述的分数阶过载误差信号e_Dn，通过滞后滤波环节，得到 如下的滞后信号，记作e_Dnz，其滞后滤波算法如下差分方程所示：

De_Dnz(n)＝(e_Dn(n)-T₃e_Dnz(n))/T₂；

其中迭代运算的第一步值设置为e_Dnz(0)＝0，后续迭代运算按照下式进行。

e_Dnz(n+1)＝e_Dnz(n)+Δt*De_Dnz(n)；

其中Δt为计算机采样数据的间隔，即e_Dnz(n+1)与e_Dnz(n)之间的时间间隔， 一般选取为0.001即可。最终得到的e_Dnz(n+1)即为滞后信号e_Dnz在(n+1)*Δt 时刻的值。

步骤S40：针对所述滞后信号，建立分数阶近似差分方程组，进行 差分运算后得到分数阶微分信号。并用该分数阶微分信号，在后续所有 的解算中替代步骤S30中的分数阶微分信号初始值进行运算，循环解算 得到滞后信号。

具体的，首先将上述的滞后信号e_Dnz，通过如下的差分滞后校正网络， 得到首次校正信号，记为e_Dnz1，其在n*Δt时刻的值记作e_Dnz1(n)。该差分校 正网络采用差分方程描述如下：

e_Dnz1(n+1)＝e_Dnz1(n)+(T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

其中e_Dnz1的初始值e_Dnz1(0)＝0，T₄、T₅为差分滞后校正网络的常值参数，选 取为正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间 隔，一般选取0.001即可。

其次，将首次校正网络的输出信号e_Dnz1与输入信号e_Dnz(n)，输送给二 次校正网络，得到的信号记作e_Dnz2，该二次校正网络采用如下差分方程 描述：

e_Dnz2(n+1)＝e_Dnz2(n)+(T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

其中e_Dnz2的初始值e_Dnz2(0)＝0，T₆、T₇为二次校正网络的常值参数，选取为 正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间隔， 一般选取0.001即可。

再次，将二次校正网络的输出信号e_Dnz2与输入信号e_Dnz1(n)，输送给三 次校正网络，得到的信号记作e_Dnz3，其中三次校正网络采用如下差分方 程描述：

其中e_Dnz3的初始值e_Dnz3(0)＝0，T₈、T₉为三次校正网络的常值参数，选取为 正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间隔， 一般选取0.001即可。

然后，将三次校正网络的输出信号e_Dnz3与输入信号e_Dnz2(n)，输送给四 次校正网络，得到的信号记作e_Dnz4，其中四次校正网络采用如下差分方 程描述：

其中e_Dnz4的初始值e_Dnz4(0)＝0，T₁₀、T₁₁为四次校正网络的常值参数，选取 为正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间隔， 一般选取0.001即可。

进一步地，将四次校正网络的输出信号e_Dnz4与中间信号，输送给五 次校正网络，得到的信号记作e_Dnz5，其中五次校正网络采用如下差分方 程描述：

其中e_Dnz5的初始值e_Dnz5(0)＝0，T₁₂、T₁₃为五次校正网络的常值参数，选取 为正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间隔， 一般选取0.001即可。

最后，将五次校正网络的输出信号e_Dnz5与中间信号，输送给末次校 正网络，得到的信号记作e_Dnz6，其中末次校正网络采用如下差分方程描 述：

其中e_Dnz6的初始值e_Dnz6(0)＝0，T₁₄、T₁₅为末次校正网络的常值参数，选取 为正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间隔， 一般选取0.001即可。然后设置分数阶微分信号D_nz，使得其初始值之后 的值与末次校正网络的输出信号e_Dnz6即可，即

后续的滞后信号解算采用分数阶微分信号D_nz进行输入，即 e_Dn＝n_z-D_nz＝n_z-e_Dnz6。

步骤S50，针对所述的过载信号，建立滞后差分方程组，得到滞后 微分信号。

具体的，针对所述的过载信号n_z，建立如下的滞后微分方程，得到 滞后微分信号，记作e_Dnde

e_DnD＝(n_z(n+1)-n_z(n))/Δt；

e_Dnf＝(e_DnD-e_Dnde(n))/T₁₆；

e_Dnde(n+1)＝e_Dnde(n)+e_Dnf*Δt；

其中初始值设置为e_Dnde(0)＝0，T₁₆为滞后微分校正网络的常值参数，选取 为正数，其详细选取见后文案例实施。其中Δt为计算机采样数据的间隔， 一般选取0.001即可。

步骤S60，针对所述的过载误差信号、过载误差综合积分信号、滞 后信号，滞后微分信号四类信号进行综合，得到最终的过载控制综合信 号，输送给俯仰舵，控制飞行器的纵向过载跟踪期望指令。

具体的，针对所述的过载误差信号e_nz、过载误差综合积分信号s_l、 滞后信号e_Dnz，滞后微分信号e_Dnde进行如下的线性综合，得到最终的过载 控制俯仰通道综合信号记作u_f，其综合形式如下：

u_f＝k₂e_nz+k₃s_l+k₄e_Dnz+k₅e_Dnde；

其中k₂、k₃、k₄与k₅为控制常值参数。

该俯仰通道综合信号直接输送给飞行器俯仰舵系统，即可实现飞行 器俯仰通道的稳定飞行与控制，同时保证飞行器的纵向过载跟踪过载指 令信号，从而完成飞行器纵向俯仰通道的控制任务。

案例实施与计算机仿真模拟结果分析

为了进一步说明与验证所述步骤的正确性，现给出详细的设计参数 并采用计算机模拟控制效果，给出飞行器的信号曲线与图形。

首先说明，本次计算机模拟中采用的是亚音速飞行器模拟，根据以 往工程设计经验，风洞模拟得到的气动参数与真实模型的误差小于20％。 故计算机模拟具有很好的真实性。在步骤S10中选取g＝9.8，在飞行器 上安装线加速度计，测量得到的飞行器的纵向过载曲线如图2所示。设 定纵向过载指令

如图3所示，选取T₁＝0.01，得到过载误差信号e_nz如图4所示。

在步骤S20选取时间常数τ＝0.5，选取k₁＝1.2，最终得到的过载误 差的积分综合信号s_l如图5所示。

在步骤S30，设置滤波器的频率参数ω_n＝5，滤波器的阻尼参数 ξ＝0.7，得到的滞后信号如图6所示。

在步骤S40中，设置校正网络参数为T₄＝15.8489、T₅＝0.01585、 T₆＝0.03981、T₇＝0.1、T₈＝0.2512、T₉＝0.631、T₁₀＝1.585、T₁₁＝3.981、T₁₂＝10、 T₁₃＝25.12、T₁₄＝63.1、T₁₅＝158.5。

最终得到分数阶微分信号D_nz如图7所示，分数阶过载误差信号e_Dn如图8所示。

在步骤S50中，选取T₁₆＝0.1，得到滞后微分信号如图9所示。

在步骤S60中，选取k₂＝-2、k₃＝-0.8、k₄＝-0.6与k₅＝-0.1，得到最 终的过载控制综合信号u_f如图10所示，俯仰舵偏角如图11所示，飞行 器攻角曲线如图12所示。

其中图2的前5s并未进行过载跟踪，由于飞行器处于加速度段，因 此俯仰通道过载指令在5s后作用与飞行器。由图11与图12可看出攻角 与舵偏角均在正负8度以内，说明本发明所提供方法没有超出工程所要 求的攻角与舵偏角限制范围，具有较高的工程实用价值。有图2可以看 出，飞行器过载能够快速跟踪图3所示的过载指令，而且具有较好的准确性。因此说明本发明方法具有较好的控制效果。由图10可以看出，总 的纵向过载综合信号，变化平滑而且峰值尖刺均较小，因此比较适合工 程应用。

本发明仅需测量飞行器过载信号而无需测量飞行器的角速度信号以 及角加速度信号，即可实现飞行器的稳定飞行与控制。同时由于分数阶 微分信号的引入，使得系统具有足够的阻尼，因此系统的稳定性能够得 到保证，因此本发明给小成本设计的飞行器控制系统提供了一类简单、 经济而又可靠的过载控制方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想 到本发明的其他实施例。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者 适应性变化，这些变型用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并 包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书 和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (7)

1.一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：在飞行器上安装线加速度计，测量飞行器的纵向过载，并与过载指令进行比较，得到过载误差；

步骤S20：针对所述的过载误差分别进行线性积分与非线性积分，得到过载误差的积分综合信号；

步骤S30：设置分数阶微分信号的初始值，并与所述的纵向过载信号进行比较，得到分数阶过载误差信号。并对分数阶过载误差信号进行滞后处理，得到滞后信号；

步骤S40：针对所述滞后信号，建立分数阶近似差分方程组，进行差分运算后得到分数阶微分信号。并用该分数阶微分信号，在后续所有的解算中替代步骤S30中的分数阶微分信号初始值进行运算，循环解算得到滞后信号；

步骤S50，针对所述的过载信号，建立滞后差分方程组，得到滞后微分信号；

步骤S60，针对所述的过载误差信号、过载误差综合积分信号、滞后信号，滞后微分信号四类信号进行综合，得到最终的过载控制综合信号，输送给俯仰舵，控制飞行器的纵向过载跟踪期望指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，对纵向过载指令进行平滑滤波，并与纵向过载测量信号进行比较，得到过载误差信号包括：

其中e_nz为过载误差信号，

为常值过载指令信号，

为平滑滤波后的过载指令，T₁为滤波时间常数，s为传递函数的微分算子，g为重力加速度，一般取为g＝9.8即可，a_z为飞行器的垂直方向的加速度测量信号，n_z为纵向过载信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，针对所述的过载误差分别进行线性积分与非线性积分，得到过载误差的积分综合信号包括：

s_l＝s_1l+k₁s_2l；

s_1l＝∫e_nzdt；

s_2l＝∫e_fdt；

其中s_l为过载误差的积分综合信号，k₁为正的常值参数，s_1l为过载误差线性积分信号，s_2l为过载误差非线性积分信号，dt表示对时间信号进行积分，e_f为过载误差的非线性变换信号，e为指数函数exp的缩写，τ为时间常数，取为正值。

4.根据权利要求1所述的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，对分数阶过载误差信号进行滞后处理，得到滞后信号包括：

e_Dn＝n_z-D_nz；

De_Dnz(n)＝(e_Dn(n)-T₃e_Dnz(n))/T₂；

e_Dnz(n+1)＝e_Dnz(n)+Δt*De_Dnz(n)；

其中D_nz为分数阶微分信号，其初始值设为0，即D_nz(0)＝0。e_Dn为分数阶过载误差信号，ω_n为滤波器的频率参数，ξ为滤波器的阻尼参数，均为常值，且为正数，详细设计见后文案例实施。De_Dnz(n)、T₂、T₃为中间变量。e_Dnz为滞后信号，其初始值设置为e_Dnz(0)＝0，Δt为计算机采样数据的间隔，即e_Dnz(n+1)与e_Dnz(n)之间的时间间隔，一般选取为0.001即可。e_Dnz(n+1)为滞后信号e_Dnz在(n+1)*Δt时刻的值。

5.根据权利要求1所述的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，对所述滞后信号，建立分数阶近似差分方程组，进行差分运算后得到分数阶微分信号包括：

e_Dnz1(n+1)＝e_Dnz1(n)+(T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz2(n+1)＝e_Dnz2(n)+(T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz3(n+1)＝e_Dnz3(n)+(T₈e_Dnz2(n)-T₉e_Dnz3(n)+T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz4(n+1)＝e_Dnz4(n)+(T₁₀e_Dnz3(n)-T₁₁e_Dnz4(n)

+T₈e_Dnz2(n)-T₉e_Dnz3(n)+T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz5(n+1)＝e_Dnz5(n)+(T₁₂e_Dnz4(n)-T₁₃e_Dnz5(n)+T₁₀e_Dnz3(n)-T₁₁e_Dnz4(n)

+T₈e_Dnz2(n)-T₉e_Dnz3(n)+T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

e_Dnz6(n+1)＝e_Dnz6(n)+(T₁₄e_Dnz5(n)-T₁₅e_Dnz6(n)+T₁₂e_Dnz4(n)-T₁₃e_Dnz5(n)+T₁₀e_Dnz3(n)

-T₁₁e_Dnz4(n)+T₈e_Dnz2(n)-T₉e_Dnz3(n)+T₆e_Dnz1(n)-T₇e_Dnz2(n)+T₄e_Dnz(n)-T₅e_Dnz1(n))Δt；

D_nz(0)＝0

D_nz(n)＝e_Dnz6(n),n＞0；

e_Dn＝n_z-D_nz＝n_z-e_Dnz6；

其中T₄、T₅、T₆、T₇、T₈、T₉、T₁₀、T₁₁、T₁₂、T₁₃、T₁₄、T₁₅为校正网络的参数，为正值，具体选取详见后文案例实施。e_Dnz为滞后信号，e_Dnz1为首次校正输出信号，其在n*Δt时刻的值记作e_Dnz1(n)。Δt为计算机采样数据的间隔，一般选取为0.001即可。其中e_Dnz1的初始值e_Dnz1(0)＝0。e_Dnz2为二次校正网络输出信号，其中e_Dnz2的初始值e_Dnz2(0)＝0。e_Dnz3为二次校正网络输出信号，其中e_Dnz3的初始值e_Dnz3(0)＝0。e_Dnz4为四次校正网络的输出信号。其中e_Dnz4的初始值e_Dnz4(0)＝0。e_Dnz5为五次校正网络的输出信号，其中e_Dnz5的初始值e_Dnz5(0)＝0。e_Dnz6为末次校正网络的输出信号，其中e_Dnz6的初始值设为e_Dnz6(0)＝0。其中D_nz为分数阶微分信号，e_Dn为分数阶过载误差信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，针对所述的过载信号，建立滞后差分方程组，得到滞后微分信号包括：

e_DnD＝(n_z(n+1)-n_z(n))/Δt；

e_Dnf＝(e_DnD-e_Dnde(n))/T₁₆；

e_Dnde(n+1)＝e_Dnde(n)+e_Dnf*Δt；

其中n_z为过载信号，e_DnD、e_Dnf为中间变量。e_Dnde为滞后微分信号，其初始值设置为e_Dnde(0)＝0，T₁₆为滞后微分校正网络的常值参数，选取为正数，其中Δt为计算机采样数据的间隔，一般选取0.001即可。

7.根据权利要求1所述的一种基于分数阶近似微分实现阻尼的飞行器纵向过载控制方法，其特征在于，针对所述的过载误差信号、过载误差综合积分信号、滞后信号，滞后微分信号四类信号进行综合，得到最终的过载控制综合信号包括：

u_f＝k₂e_nz+k₃s_l+k₄e_Dnz+k₅e_Dnde；

其中k₂、k₃、k₄与k₅为常值控制参数，具体的，e_nz为过载误差信号，s_l为过载误差综合积分信号，e_Dnz为滞后信号，e_Dnde微滞后微分信号，u_f为过载控制俯仰通道综合信号。

该俯仰通道综合信号直接输送给飞行器俯仰舵系统，即可实现飞行器俯仰通道的稳定飞行与控制，完成飞行器纵向俯仰通道给定过载跟踪的控制任务。

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