[發(fā)明專利]飛行器多回路模型簇人機(jī)閉環(huán)復(fù)合根軌跡補(bǔ)償魯棒控制器設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410069455.9
• 申請(qǐng)日: 2014-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103823373A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史忠科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種飛行器多回路模型簇人機(jī)閉環(huán)復(fù)合根軌跡補(bǔ)償魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟1、給定不同高度、馬赫數(shù)下通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)直接由允許飛行的全包線內(nèi)的幅頻和相頻特性構(gòu)成飛行器全包線內(nèi)的操縱舵面與飛行高度之模型簇，并且能夠跨越飛行包線獲得飛行器的顫振頻率，得到對(duì)應(yīng)的飛行器操縱舵面與飛行高度之間開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)模型簇矩陣為：

其中，G為m×m方陣，m>1為正整數(shù)，s為拉普拉氏變換的自變量，h為飛行器飛行高度，M為馬赫數(shù)，Δ為不確定向量，P為m×m單模方陣，D為m×m多項(xiàng)式對(duì)角矩陣，Q為m×m單模方陣，為多項(xiàng)式，n>1為正整數(shù)；

選取滿足條件：

以及

其中，G_E為m×m方陣，P_E為m×m單模方陣，D_E為m×m多項(xiàng)式對(duì)角矩陣，d_i,E為D_E的第I_E行、第I_E列元素，為D的第I_E行、第I_E列元素，I_E=1,2,...,m,Q_E為m×m單模方陣，為多項(xiàng)式，arg為相角數(shù)學(xué)符號(hào)；

飛行器多回路系統(tǒng)的控制器設(shè)為：

GCA(s)=QE-1(s)Ga0(s)PE-1(s)]]>

其中，G_CA(s)為m×m方陣，G_a0(s)=diag[G_c,1(s),G_c,2(s),...,G_c,m(s)]為m×m對(duì)角矩陣；為G_a0(s)的第I_E行、第I_E列元素，I_E=1,2,...,m；

步驟2、控制器I_E=1,2,...,m的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

(1)令具體表達(dá)形式為：

G0,IE(s)=e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)[1+Δk(s)]]]>

其中

A(h,M,s)=s^m+a_m-1(h,M)s^m-1+a_m-2(h,M)s^m-2+...+a₁(h,M)s+a₀(h,M)、

B(h,M,s)=sⁿ+b_n-1(h,M)s^n-1+b_n-2(h,M)s^n-2+...+b₁(h,M)s+b₀(h,M)為多項(xiàng)式，s為傳遞函數(shù)中常用的拉普拉斯變化后的變量，h,M分別為飛行高度和馬赫數(shù)，σ(h,M)是俯仰回路的延遲時(shí)間，K(h,M)為隨h,M變化的增益，a_l(h,M),l=0,1,2,...,m-1為多項(xiàng)式A(h,M,s)中隨h,M變化的系數(shù)簇，b_i(h,M),i=0,1,2,...,n-1為多項(xiàng)式B(h,M,s)中隨h,M變化的系數(shù)簇，△k(s)為模型的不確定項(xiàng)；

考慮人機(jī)閉環(huán)特性時(shí)駕駛員模型:

Yp(s)=KpTDs+1TIs+1e-τs]]>

和系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)或頻率特性來(lái)估計(jì)人機(jī)閉環(huán)特性；

其中：K_p為駕駛員環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益、τ為駕駛員的固有延時(shí)特性、T_D為駕駛員超前補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)、T_I為駕駛員滯后補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)；

這樣，人機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)模型就變?yōu)椋?!-- SIPO -->

GIE(s)=KpTDs+1TIs+1e-τse-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)[1+Δk(s)];]]>

(2)候選多級(jí)串聯(lián)滯后—超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：

Gc,IE(s)=kcΠi=1NTD1(i)s+1a(i)TL1(i)s+1·TD2(i)s/a(i)+1TL2(i)s+1]]>

式中，k_c為待確定的常數(shù)增益，N為整數(shù)，表示待確定的滯后—超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)的級(jí)數(shù)，T_D1(i)、T_L1(i)、T_D2(i)、T_L2(i),i=1,2,...,N為待確定的時(shí)間常數(shù)，a(i)>1,i=1,2,...,N為待確定的參數(shù)；

加入多級(jí)串聯(lián)滯后—超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)后，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：

GIE(s)Gc,IE(s)=kcKpTDs+1TIs+1e-τse-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)[1+Δk(s)]Πi=1NTD1(i)s+1a(i)TL1(i)s+1·TD2(i)s/a(i)+1TL2(i)s+1]]>

對(duì)應(yīng)的根軌跡方程為：

Kpkce-τse-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)·(TDs+1)[1+Δk(s)]Πi=1N{[TD1(i)s+1]·[TD2(i)s/a(i)+1]}+Πi=1N{[a(i)TL1(i)s+1]·[TL2(i)s+1]}·B(h,M,s)·(TIs+1)=0;]]>

(3)設(shè)s=σ+jω，其中：σ為s的實(shí)部，ω為s的虛部，j為虛部符號(hào)；系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度指標(biāo)設(shè)定為：σ≤-ζ²，其中，ζ為非零實(shí)數(shù)，ξ給定數(shù)；根據(jù)飛行試驗(yàn)或風(fēng)洞試驗(yàn)建立模型不確定項(xiàng)造成的滯后相角弧度，幅值系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度指標(biāo)調(diào)整為：和其中，△_M和△_a均為整實(shí)數(shù)；這樣，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度指標(biāo)可以轉(zhuǎn)化為：根據(jù)

{Kpkce-τse-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)·(TDs+1)[1+Δk(s)]Πi=1N{[TD1(i)s+1]·[TD2(i)s/a(i)+1]}+Πi=1N{[a(i)TL1(i)s+1]·[TL2(i)s+1]}·B(h,M,s)·(TIs+1)}s=σ+jω=0]]>

或

Re{{Kpkce-τse-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)·(TD+1)[1+Δk(s)]Πi=1N{[TD1(i)s+1]·[TD2(i)s/a(i)+1]}+Πi=1N{[a(i)TL1(i)s+1]·[TL2(i)s+1]}·B(h,M,s)·(TIs+1)}s=σ+jω}=0Im{{Kpkce-τse-σ(h,M)sK(h,M)A(h,Ms)·(TDs+1)[1+Δk(s)]Πi=1N{[TD1(i)s+1]·[TD2(i)s/a(i)+1]}+Πi=1N{[a(i)TL1(i)s+1]·[TL2(i)s+1]}·B(h,M,s)·(TIs+1)}s=σ+jω}=0]]>

所得到的根軌跡必須滿足和根據(jù)該指標(biāo)和極大似然準(zhǔn)則或其它準(zhǔn)則共同約束下，可以根據(jù)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)辨識(shí)中的極大似然方法或辨識(shí)方法確定滯后—超前補(bǔ)償環(huán)節(jié)的級(jí)數(shù)N、常數(shù)增益k_c、時(shí)間常數(shù)T_D1(i)、T_L1(i)、T_D2(i)、T_L2(i),i=1,2,...,N和待確定的參數(shù)a(i)>1,i=1,2,...,N。