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

有效

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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛行器控制器設(shè)計方法，特別涉及縱向飛行模型簇復(fù)合PID魯棒控制器設(shè)計方法，屬于測控技術(shù)和飛行力學(xué)等范疇。

背景技術(shù)

飛行器起降過程的控制對飛行安全有重要作用；由于飛行器起降過程中飛行速度變化大，即使按照縱向模型也會面臨強(qiáng)非線性問題；另一方面，飛行器的操縱舵存在飽和、死區(qū)等現(xiàn)象；從飛行安全考慮，超低空飛行（如飛機(jī)起飛/著陸）時，控制器必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度、無超調(diào)和平穩(wěn)性，這樣，就使得超低空飛行控制器設(shè)計非常復(fù)雜，不能直接套用現(xiàn)有控制理論進(jìn)行飛行器控制的設(shè)計。

在現(xiàn)代實際飛行控制器的設(shè)計中，一少部分采用狀態(tài)空間法進(jìn)行設(shè)計，而大多數(shù)仍然采用以PID為代表的經(jīng)典頻域法和逆Nyquist陣列法為代表的現(xiàn)代頻率法進(jìn)行控制器設(shè)計。現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為特征、以解析計算為主要手段、以實現(xiàn)性能指標(biāo)為最優(yōu)的現(xiàn)代控制理論，而后有發(fā)展了最優(yōu)控制方法、模型參考控制方法、自適應(yīng)控制方法、動態(tài)逆控制方法，反饋線性化方法、直接非線性優(yōu)化控制、變增益控制法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，模糊控制方法，魯棒控制法以及多種方法組合控制等一系列控制器設(shè)計方法，發(fā)表的學(xué)術(shù)論文數(shù)以萬計，例如2011年Ghasemi?A設(shè)計了自適應(yīng)模糊滑模控制的再入飛行器(Ghasemi?A,Moradi?M,Menhaj?M?B.Adaptive?Fuzzy?Sliding?Mode?Control?Design?for?a?Low-Lift?Reentry?Vehicle[J].Journal?of?Aerospace?Engineering,2011,25(2):210-216)，2013年Babaei?A?R為非最小相位和非線性飛行器設(shè)計了模糊滑模控制自動駕駛儀(Babaei?A?R,Mortazavi?M,Moradi?M?H.Fuzzy?sliding?mode?autopilot?design?for?nonminimum?phase?and?nonlinear?UAV[J].Journal?of?Intelligent?and?Fuzzy?Systems,2013,24(3):499-509），很多研究僅僅停留在理想化的仿真研究階段；而且這種設(shè)計存在三個問題:(1)由于無法進(jìn)行飛行器超低空操縱穩(wěn)定性試驗，難以得到精確的被控對象的數(shù)學(xué)模型；(2)對于軍標(biāo)規(guī)定的穩(wěn)定裕度等評價飛行控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，狀態(tài)空間法遠(yuǎn)不像經(jīng)典頻率法那樣能以明顯的形式表達(dá)出來；(3)控制器結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、沒有考慮實際控制器和飛行狀態(tài)的約束,設(shè)計的控制器物理上不可實現(xiàn)。

英國的學(xué)者Rosenbrock系統(tǒng)地、開創(chuàng)性地研究了如何將頻域法推廣到多變量系統(tǒng)的設(shè)計中去,利用矩陣對角優(yōu)勢概念,把多變量問題轉(zhuǎn)化為能用人們熟知的古典方法的單變量系統(tǒng)的設(shè)計問題,以后相繼出現(xiàn)了Mayne序列回差法,MacFarlane特征軌跡法、Owens并矢展開法等方法，共同特點是把多輸入一多輸出、回路間嚴(yán)重關(guān)聯(lián)的多變量系統(tǒng)的設(shè)計,化為一系列單變量系統(tǒng)的設(shè)計問題,進(jìn)而可選用某一種古典方法(Nyquist和Bode的頻率響應(yīng)法,Evans的根軌跡法等)完成系統(tǒng)的設(shè)計,上述這些方法保留和繼承了古典圖形法的優(yōu)點,不要求特別精確的數(shù)學(xué)模型,容易滿足工程上的限制。特別是當(dāng)采用有圖形顯示終端的人一機(jī)對話式的計算機(jī)輔助設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)時,可以充分發(fā)揮設(shè)計者的經(jīng)驗和智慧,設(shè)計出既滿足品質(zhì)要求,又是物理上可實現(xiàn)的、結(jié)構(gòu)簡單的控制器；國內(nèi)外對多變量頻率法進(jìn)行了改進(jìn)研究（高大遠(yuǎn),羅成,沈輝,胡德文,撓性衛(wèi)星姿態(tài)解藕控制器多變量頻率域設(shè)計方法，宇航學(xué)報,2007,Vol.28(2),pp442-447；熊柯,夏智勛,郭振云,傾斜轉(zhuǎn)彎高超聲速巡航飛行器多變量頻域法解耦設(shè)計,彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2011，Vol.31(3),pp25-28）但是，這種設(shè)計方法可考慮系統(tǒng)不確定問題時保守性過大，在飛行器操縱舵限制情況下不能得到合理的設(shè)計結(jié)果。

綜上所述，目前的控制方法還不能在飛行器模型變化、按照全飛行包線內(nèi)的穩(wěn)定裕度指標(biāo)設(shè)計出超調(diào)量小、平穩(wěn)的低空飛行控制器。

發(fā)明內(nèi)容