CN112180961A - 一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统。该方法包括：获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；根据给定期望轨迹确定给定期望姿态参数；根据给定期望轨迹和给定期望速度确定位置跟踪误差和速度跟踪误差；利用给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对位置跟踪误差和速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；根据给定期望姿态参数确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；利用给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；根据速度控制律和姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。本发明有效增加执行机构的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。

Description

一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统

技术领域

本发明涉及平流层飞艇控制领域，特别是涉及一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统。

背景技术

流层飞艇实现其典型应用的前提是具有长时驻空飞行能力。目前，制约其持续驻空时间的两个主要因素为能源约束和执行器寿命约束。能源约束主要是指飞艇在连续飞行过程中为执行器提供的功率有限；特别是在高负荷数据通信和夜间高机动性飞行过程中，能源约束尤为明显。执行器寿命约束指的是飞艇航时所受的长时间运行执行器寿命所带来的限制；因而，可以通过降低执行器的控制频率以增加其在飞艇持续飞行期间的服务时间。

为了降低执行器的控制频率，现有技术中采用周期时间触发的控制策略，但是上述控制策略没有显著减少在跟踪预定轨迹时执行机构的作动频率，进而不会有效增大平流层飞艇的持续驻空时间，并不能有效结解决在具有扰动情况下的轨迹跟踪控制问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统，降低平流层飞艇执行机构作动频率，有效增加执行机构的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，包括：

获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制；

根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度；

根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差；

根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差；

利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；

根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；

利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；

根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。

可选的，所述获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束具体包括：

利用公式

确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹；

其中，p_d(t)为给定期望轨迹，[x_d,y_d,z_d]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。

可选的，所述利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律，具体包括：

利用公式

确定对轨迹输入饱和进行补偿值；

利用公式

确定速度控制律；

利用公式

确定速度自适应律；

其中，K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0，k_ji为控制参数，b_pi为位置跟踪误差约束，z_1i为位置跟踪误差，ξ_pi为对轨迹饱和进行补偿值，

为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z₂为速度跟踪误差，ξ_v为对速度饱和进行补偿值，F_v为平流层飞艇模型函数，

为速度估计值， b_v为速度跟踪误差约束，b_p为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δv_ci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，

γ_vi、γ_v0、

为控制参数，B₁₁为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。

可选的，所述利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律，具体包括：

利用公式

确定对姿态输入饱和进行补偿值；

利用公式

确定姿态控制律；

利用公式

确定姿态自适应律；

其中，z₄为姿态角速度跟踪误差，z₃为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，F_w为平流层飞艇模型函数，b_Θ为姿态跟踪误差约束，b_w为角速度跟踪误差约束，

为归进控制参数，ΔΩ_ci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξ_ω为辅助设计系统输出值，F_ω为系统状态矩阵，Ω_c为期望姿态角，γ_ωi、γ_ω0为控制参数。

一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，包括：

给定参数确定模块，用于获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制；

姿态参数确定模块，用于根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度；

位置跟踪误差确定模块，用于根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差；

速度跟踪误差确定模块，用于根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差；

速度控制律确定模块，用于利用所述给定各状态量约束以及障碍 Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；

姿态参数误差确定模块，用于根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；

姿态控制律确定模块，用于利用所述给定各状态量约束以及障碍 Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；

控制输出模块，用于根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。

可选的，所述给定参数确定模块具体包括：

给定期望轨迹确定单元，用于利用公式

确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹；

其中，p_d(t)为给定期望轨迹，[x_d,y_d,z_d]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。

可选的，所述速度控制律确定模块具体包括：

对轨迹输入饱和进行补偿值确定单元，用于利用公式

确定对轨迹输入饱和进行补偿值；

速度控制律确定单元，用于利用公式

确定速度控制律；

速度自适应律确定单元，用于利用公式

确定速度自适应律；

其中，K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0，k_ji为控制参数，b_pi为位置跟踪误差约束，z_1i为位置跟踪误差，ξ_pi为对轨迹饱和进行补偿值，

为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z₂为速度跟踪误差，ξ_v为对速度饱和进行补偿值，F_v为平流层飞艇模型函数，

为速度估计值， b_v为速度跟踪误差约束，b_p为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δv_ci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，

γ_vi、γ_v0、

为控制参数，B₁₁为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。

可选的，所述姿态控制律确定模块具体包括：

对姿态输入饱和进行补偿值确定单元，用于利用公式

确定对姿态输入饱和进行补偿值；

姿态控制律确定单元，用于利用公式

确定姿态控制律；

姿态自适应律确定单元，用于利用公式

确定姿态自适应律；

其中，z₄为姿态角速度跟踪误差，z₃为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，F_w为平流层飞艇模型函数，b_Θ为姿态跟踪误差约束，b_w为角速度跟踪误差约束，

为归进控制参数，ΔΩ_ci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξ_ω为辅助设计系统输出值，F_ω为系统状态矩阵，Ω_c为期望姿态角，γ_ωi、γ_ω0为控制参数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统，与周期时间触发的控制策略相比，本方法在保证所有运动状态满足预定约束的前提下，可以显著减少在跟踪预定轨迹时执行机构的作动频率，从而有效增加其执行器的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。由该方法控制的闭环系统是有界稳定的，且具有良好的收敛效果，这就为平流层飞艇在具有扰动情况下的轨迹跟踪控制问题提供了有效的设计手段。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法流程示意图；

图2为本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制原理示意图；

图3为本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法及系统，降低平流层飞艇执行机构作动频率，有效增加执行机构的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

轨迹跟踪问题的控制目标是使被控对象跟踪一条随时间变化的期望轨迹。基于障碍Lyapunov函数和事件触发控制策略，提出了一种全状态受限的轨迹跟踪控制方法。该算法采用辅助设计系统处理执行器和虚拟输入饱和问题；同时，设计自适应律补偿未知干扰、动态耦合和事件驱动测量误差，使用事件触发机制大大降低了执行频率。

由图2可知，该轨迹跟踪控制器包含位置跟踪和姿态跟踪两大回路。在位置跟踪回路中，由位置跟踪控制器跟踪期望位置p_c，生成虚拟控制输入，即期望飞行速度v_c。由于飞行速度也需要受到约束

限制，故将速度状态受限问题转化为控制输入饱和问题，设计饱和补偿器对速度输入饱和进行补偿。然后，由自适应状态受限的速度跟踪控制器对期望速度v_c进行跟踪，同时设计饱和补偿器对控制输入饱和

进行补偿。在姿态跟踪回路中，由姿态跟踪控制器跟踪期望姿态Θ_c，生成虚拟控制输入，即期望角速度Ω_c。由于飞行角速度也需要收到约束

限制，故将角速度状态受限问题转化为控制输入饱和问题，设计饱和补偿器对角速度输入饱和进行补偿。然后，由自适应状态受限的角速度跟踪控制器对期望角速度Ω_c进行跟踪，同时设计饱和补偿器对控制输入饱和

进行补偿。最后，在控制策略中引入事件触发机制。该事件触发机制使得执行器保持上一刻的控制值

直到触发条件被满足进入下一控制时刻t_k+1。在t_k+1时刻，执行器立即执行控制信号

此外，设计自适应控制律来处理事件触发测量误差

动态耦合{B₁₂τ_ω,B₂₁τ_v}和外部未知干扰{f_v,f_ω}。

图1为本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法流程示意图，图2为本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制原理示意图，如图1和图2所示，本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，包括：

S101，获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制。

S102具体包括：

利用公式

确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹.

其中，p_d(t)为给定期望轨迹，[x_d,y_d,z_d]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。

S102，根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度。

其中，

S103，根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差。位置跟踪误差为z₁＝p_e＝p-p_c，p_c＝[x_c,y_c,z_c]^T。

S104，根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差。速度跟踪误差为z₂＝v-v_c。

S105，利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律。

S105具体包括：

利用公式

确定对轨迹输入饱和进行补偿值。

利用公式

确定速度控制律。

利用公式

确定速度自适应律。

其中，K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0，k_ji为控制参数，b_pi为位置跟踪误差约束，z_1i为位置跟踪误差，ξ_pi为对轨迹饱和进行补偿值，

为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z₂为速度跟踪误差，ξ_v为对速度饱和进行补偿值，F_v为平流层飞艇模型函数，

为速度估计值， b_v为速度跟踪误差约束，b_p为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δv_ci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，

γ_vi、γ_v0、

为控制参数，B₁₁为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。

S106，根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差。姿态角跟踪误差为z₃＝Θ_e＝Θ-Θ_c，姿态角速度跟踪误差为z₄＝Ω_e＝Ω-Ω_c，Ω_c＝[p_c,q_c,r_c]^T。

S107，利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律。

S107具体包括：

利用公式

确定对姿态输入饱和进行补偿值。

利用公式

确定姿态控制律。

利用公式

确定姿态自适应律。

其中，z₄为姿态角速度跟踪误差，z₃为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，F_w为平流层飞艇模型函数，b_Θ为姿态跟踪误差约束，b_w为角速度跟踪误差约束，

为归进控制参数，ΔΩ_ci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξ_ω为辅助设计系统输出值，F_ω为系统状态矩阵，Ω_c为期望姿态角，γ_ωi、γ_ω0为控制参数。

本发明的与现有技术比，其优点是：

(1)该方法采用辅助设计系统处理执行器和虚拟输入饱和问题；

(2)该方法设计自适应律补偿未知干扰、动态耦合和事件驱动测量误差；

(3)该方法中闭环系统的所有信号均一致最终有界，所有跟踪状态约束要求都不会被违反，且飞行过中未出现芝诺现象；

(4)该方法使用事件触发机制大大降低了执行频率，有效增加执行机构的服役时间进而增大平流层飞艇的持续驻空时间。

(5)该方法可以使平流层飞艇在解决以上问题的同时跟踪上预定轨迹。

控制工程师在应用过程中可以根据实际平流层飞艇给定任意期望轨迹，并将由该方法计算得到的控制量直接传输至执行机构实现轨迹跟踪功能。

提供一个具体的实施例对本发明中的各部分设计方法作进一步的说明：

具体步骤如下：

步骤一：给定期望轨迹；给定期望速度；给定期望姿态角；给定各状态量约束

以无人飞行器浮心为原点建立艇体坐标系Oxyz；以地面上任一点为原点建立惯性坐标系O_gx_gy_gz_g，其中原点O_g为地面任意一点，O_gx_g指向北，O_gy_g指向东， O_gz_g指向地心。

给定期望轨迹为一三叶草形状轨迹，具体表达式为：

给定期望速度为v＝[10,0,0]^Tm/s。

给定期望姿态角为：

其中

给定各状态量约束为：

位置跟踪约束b_p＝[500,500,500]^Tm；姿态角跟踪约束b_θ＝[0.3,0.3,0.3]^Trad；速度跟踪约束b_v＝[4,4,4]^Tm/s；角速度跟踪约束b_ω＝[0.6,0.6,0.6]^Trad/s；虚拟控制律 v_c约束

和

虚拟控制律

约束

和

控制输入限制τ_v,max＝10³×[5,1,1]^T，τ_v,min＝-10³×[0,1,1]^T，τ_ω,max＝10⁴×[3,8,8]^T和τ_ω,min＝-10⁴×[3,8,8]^T。

步骤二：计算消除期望速度与实际速度误差所需的控制量

定义位置跟踪误差为z₁＝p_e＝p-p_c，速度跟踪误差为z₂＝v-v_c。其中，p_c＝[x_c,y_c,z_c]^T为期望位置，v_c为待设计的期望速度。选取障碍Lyapunov函数，对名义虚拟控制律进行限制，从而得到幅值和变化率受限的虚拟控制律，进而可设计辅助设计系统为

其中 K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0。

为了处理位置动力学中的动态耦合和未知干扰问题，定义未知常数δ_v,i(i＝1,2,3)及其估计值

则有估计误差为

设计速度控制律为

步骤三：计算消除期望姿态角与实际姿态角间误差所需的控制量

定义姿态角跟踪误差为z₃＝Θ_e＝Θ-Θ_c，姿态角速度跟踪误差为 z₄＝Ω_e＝Ω-Ω_c。其中Ω_c＝[p_c,q_c,r_c]^T为待设计虚拟控制律。选取障碍Lyapunov 函数，对名义虚拟控制律进行限制，从而得到幅值和变化率受限的虚拟控制律，进而可设计辅助设计系统为

其中 K₃＝diag{k₃₁,k₃₂,k₃₃}，且有k_1i＞0(i＝1,2,3)。

为了处理位置动力学中的动态耦合和未知干扰问题，定义未知常数δ_w,i(i＝1,2,3)及其估计值

则有估计误差为

设计姿态跟踪控制律为

S108，根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。

图3为本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统结构示意图，如图3所示，本发明所提供的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，包括：

给定参数确定模块301用于获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制。

姿态参数确定模块302用于根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度。

位置跟踪误差确定模块303用于根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差。

速度跟踪误差确定模块304用于根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差。

速度控制律确定模块305用于利用所述给定各状态量约束以及障碍 Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律。

姿态参数误差确定模块306用于根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差。

姿态控制律确定模块307用于利用所述给定各状态量约束以及障碍 Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律。

控制输出模块308用于根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。

所述给定参数确定模块301具体包括：

给定期望轨迹确定单元，用于利用公式

确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹。

其中，p_d(t)为给定期望轨迹，[x_d,y_d,z_d]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。

所述速度控制律确定模块305具体包括：

对轨迹输入饱和进行补偿值确定单元，用于利用公式

确定对轨迹输入饱和进行补偿值。

速度控制律确定单元，用于利用公式

确定速度控制律。

速度自适应律确定单元，用于利用公式

确定速度自适应律。

其中，K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0，k_ji为控制参数，b_pi为位置跟踪误差约束，z_1i为位置跟踪误差，ξ_pi为对轨迹饱和进行补偿值，

为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z₂为速度跟踪误差，ξ_v为对速度饱和进行补偿值，F_v为平流层飞艇模型函数，

为速度估计值， b_v为速度跟踪误差约束，b_p为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δv_ci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，

γ_vi、γ_v0、

为控制参数，B₁₁为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。

所述姿态控制律确定模块307具体包括：

对姿态输入饱和进行补偿值确定单元，用于利用公式

确定对姿态输入饱和进行补偿值。

姿态控制律确定单元，用于利用公式

确定姿态控制律。

姿态自适应律确定单元，用于利用公式

确定姿态自适应律。

其中，z₄为姿态角速度跟踪误差，z₃为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，F_w为平流层飞艇模型函数，b_Θ为姿态跟踪误差约束，b_w为角速度跟踪误差约束，

为归进控制参数，ΔΩ_ci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξ_ω为辅助设计系统输出值，F_ω为系统状态矩阵，Ω_c为期望姿态角，γ_ωi、γ_ω0为控制参数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：

获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制；

根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度；

根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差；

根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差；

利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；

根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；

利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；

根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。

2.根据权利要求1所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束具体包括：

利用公式

确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹；

其中，p_d(t)为给定期望轨迹，[x_d,y_d,z_d]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。

3.根据权利要求1所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律，具体包括：

利用公式

确定对轨迹输入饱和进行补偿值；

利用公式

确定速度控制律；

利用公式

确定速度自适应律；

其中，K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0，k_ji为控制参数，b_pi为位置跟踪误差约束，z_1i为位置跟踪误差，ξ_pi为对轨迹饱和进行补偿值，

为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z₂为速度跟踪误差，ξ_v为对速度饱和进行补偿值，F_v为平流层飞艇模型函数，

为速度估计值，b_v为速度跟踪误差约束，b_p为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δv_ci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，

γ_vi、γ_v0、

为控制参数，B₁₁为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。

4.根据权利要求3所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律，具体包括：

利用公式

确定对姿态输入饱和进行补偿值；

利用公式

确定姿态控制律；

利用公式

确定姿态自适应律；

其中，z₄为姿态角速度跟踪误差，z₃为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，F_w为平流层飞艇模型函数，b_Θ为姿态跟踪误差约束，b_w为角速度跟踪误差约束，

为归进控制参数，ΔΩ_ci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξ_ω为辅助设计系统输出值，F_ω为系统状态矩阵，Ω_c为期望姿态角，γ_ωi、γ_ω0为控制参数。

5.一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包括：

给定参数确定模块，用于获取平流层飞艇的给定期望轨迹、给定期望速度以及给定各状态量约束；所述给定各状态量约束包括：位置跟踪约束、姿态角跟踪约束、速度跟踪约束、角速度跟踪约束、虚拟控制律约束、虚拟控制律约束以及控制输入限制；

姿态参数确定模块，用于根据所述给定期望轨迹确定给定期望姿态角和给定期望姿态角速度；

位置跟踪误差确定模块，用于根据所述给定期望轨迹和实际位置确定位置跟踪误差；

速度跟踪误差确定模块，用于根据所述给定期望速度和实际速度确定速度跟踪误差；

速度控制律确定模块，用于利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述位置跟踪误差和所述速度跟踪误差进行限制确定速度控制律；

姿态参数误差确定模块，用于根据所述给定期望姿态角和所述给定期望姿态角速度确定姿态角跟踪误差和姿态角速度跟踪误差；

姿态控制律确定模块，用于利用所述给定各状态量约束以及障碍Lyapunov函数对所述姿态角跟踪误差和所述姿态角速度跟踪误差进行限制，确定姿态控制律；

控制输出模块，用于根据所述速度控制律和所述姿态控制律控制所述平流层飞艇的电机转速。

6.根据权利要求5所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述给定参数确定模块具体包括：

给定期望轨迹确定单元，用于利用公式

确定所述平流层飞艇的给定期望轨迹；

其中，p_d(t)为给定期望轨迹，[x_d,y_d,z_d]为给定期望轨迹点坐标，t为飞行时间。

7.根据权利要求5所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述速度控制律确定模块具体包括：

对轨迹输入饱和进行补偿值确定单元，用于利用公式

确定对轨迹输入饱和进行补偿值；

速度控制律确定单元，用于利用公式

确定速度控制律；

速度自适应律确定单元，用于利用公式

确定速度自适应律；

其中，K_j＝diag{k_j1,k_j2,k_j3}(j＝p₁,p₂)，k_ji＞0(i＝1,2,3)；Δv_ci＝v_ci-v_ci0，k_ji为控制参数，b_pi为位置跟踪误差约束，z_1i为位置跟踪误差，ξ_pi为对轨迹饱和进行补偿值，

为消除期望速度与实际速度误差所需的控制量，z₂为速度跟踪误差，ξ_v为对速度饱和进行补偿值，F_v为平流层飞艇模型函数，

为速度估计值，b_v为速度跟踪误差约束，b_p为位置跟踪误差约束，I为模为1的对角矩阵，Δv_ci为期望速度与其名义虚拟控制律差值，

γ_vi、γ_v0、

为控制参数，B₁₁为输入矩阵，v为飞艇速度相关项。

8.根据权利要求7所述的一种全状态受限平流层飞艇轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述姿态控制律确定模块具体包括：

对姿态输入饱和进行补偿值确定单元，用于利用公式

确定对姿态输入饱和进行补偿值；

姿态控制律确定单元，用于利用公式

确定姿态控制律；

姿态自适应律确定单元，用于利用公式

确定姿态自适应律；

其中，z₄为姿态角速度跟踪误差，z₃为姿态角跟踪误差，λ为控制参数，F_w为平流层飞艇模型函数，b_Θ为姿态跟踪误差约束，b_w为角速度跟踪误差约束，

为归进控制参数，ΔΩ_ci为期望姿态角与其名义虚拟控制律差值，ξ_ω为辅助设计系统输出值，F_ω为系统状态矩阵，Ω_c为期望姿态角，γ_ωi、γ_ω0为控制参数。

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