[發(fā)明專利]縱向飛行模型簇復(fù)合PID魯棒控制器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410069957.1
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN103823365A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史忠科
• 申請（專利權(quán)）人: 西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/00
• 分類號(hào): G05B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種縱向飛行模型簇復(fù)合PID魯棒控制器設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

1)給定不同高度、馬赫數(shù)下通過掃頻飛行試驗(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)的升降舵與飛行高度之模型簇，對應(yīng)的飛行器升降舵與飛行高度之間開環(huán)傳遞函數(shù)簇描述為：

G(s)=e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)+Δ(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，Δ(s)為模型中的不確定項(xiàng)；

2)判斷在已知模型不確定部分|[Δ(s)]_s=jω|≤Δ₀時(shí)，根據(jù)飛行包線內(nèi)的幅頻特性直接確定開環(huán)截止頻率區(qū)間確定方法為：

從|G(jω)|=1即|[e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)+Δ(s)]s-jω|=1]]>中，近似為得到開環(huán)截止頻率ω_c解的最大值ω_cmax和最小值ω_cmin，開環(huán)截止頻率ω_c區(qū)間為ω_cmin≤ω_c≤ω_cmax;

式中，Δ₀為正實(shí)數(shù)，jω為頻率特性中的變量，j為虛部表示，ω為角頻率；

3)判斷在已知模型不確定部分時(shí)，根據(jù)飛行包線內(nèi)的相頻特性，計(jì)算包線內(nèi)最大相位裕度：

γ_max(ω_c)=max{180°-σ(h,M)ω_c+arg[A(h,M,jω_c)]-arg[B(h,M,ω_c)]},ω_cmin≤ω_c≤ω_cmax和包線內(nèi)最小相位裕度：

直接確定與截止頻率區(qū)間所對應(yīng)的相位裕度區(qū)間為：γ_min(ω_c)≤γ(ω_c)≤γ_max(ω_c),ω_cmin≤ω_c≤ω_cmax；

其中，Δ₁為正實(shí)數(shù)；

4)候選多級(jí)PID控制器的傳遞函數(shù)為：

Gc(s)=Πi=1N[kP(i)+kI(i)/s+kD(i)·s]]]>

式中，k_c為待確定的常數(shù)增益，N為整數(shù)，表示待確定的多級(jí)PID控制器的級(jí)數(shù)，k_P(i)、k_I(i)、k_D(i)i=1,2,…,N為待確定的常數(shù)；

加入多級(jí)PID控制器后，

從|G(jω)G_c(jω)|=1即|{Πi=1N[kP(i)+kI(i)/s+kD(i)·s]e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)}s=jω|=1+Δ0]]>中，得到開環(huán)截止頻率ω_fc解的最大值ω_fcmax和最小值ω_fcmin，開環(huán)截止頻率ω_fc區(qū)間為ω_fcmin≤ω_fc≤ω_fcmax，

在飛行器全包線內(nèi)的相位裕度指標(biāo)γ^*給定情況下，加入多級(jí)PID控制器后系統(tǒng)的相位裕度γ_f(ω_fc)應(yīng)該滿足：

即滿足：

在上述指標(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)方法確定多級(jí)PID控制器的級(jí)數(shù)N、常數(shù)k_P(i)、k_I(i)、k_D(i)i=1,2,…,N；

5)在飛行器全包線內(nèi)的幅值裕度指標(biāo)L^*分貝數(shù)給定情況下，

從20log₁₀|G(jω)G_c(jω)|=-L^*即

20log10|{Πi=1N[kP(i)+kI(i)/s+kD(i)·s]e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)}s=jω|=-L*]]>中，得到頻率ω_Lc解的最大值ω_Lcmax和最小值ω_Lcmin，ω_Lc區(qū)間為ω_Lcmin≤ω_Lc≤ω_Lcmax，

判斷：

即滿足：

若滿足，則飛行控制器設(shè)計(jì)完成，若不滿足，再增加多級(jí)PID控制器的級(jí)數(shù)。