[發明專利]縱向飛行模型簇復合根軌跡多級PID魯棒控制器設計方法

有效

• 申請號: 201410069966.0
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103823375A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 史忠科
• 申請（專利權）人: 西安費斯達自動化工程有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 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合根軌跡多級PID魯棒控制器設計方法，其特點是包括以下步驟：

1)給定不同高度、馬赫數下通過掃頻飛行試驗直接由允許飛行的全包線內的幅頻和相頻特性構成飛行器全包線內的升降舵與飛行高度之模型簇，對應的飛行器升降舵與飛行高度之間開環傳遞函數簇描述為：G(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)為多項式，s為傳遞函數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，σ(h,M)是俯仰回路的延遲時間，K(h,M)為隨h,M變化的增益，a_l(h,M),l=0,1,2,…,m-1為多項式A(h,M,s)中隨h,M變化的系數簇，b_i(h,M),i=0,1,2,…,n-1為多項式B(h,M,s)中隨h,M變化的系數簇，△k(s)為模型的不確定項；

2)候選多級PID控制器的傳遞函數為：

Gc(s)=Πi=1N[kp(i)+kI(i)/s+kD(i)·s]]]>

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

加入多級PID控制器后，整個系統的開環傳遞函數為：

G(s)Gc(s)=e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)B(h,M,s)[1+Δk(s)]Πi=1N[kp(i)+kI(i)/s+kD(i)·s]]]>

對應的根軌跡方程為：

e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)[1+Δk(s)]Πi=1N[kp(i)·s+kI(i)+kD(i)·s2]+s·B(h,M,s)=0;]]>

3)設s=σ+jω，其中：σ為s的實部，ω為s的虛部，j為虛部符號；系統的穩定裕度指標設定為：σ≤-ζ²，其中，ζ為非零實數，ξ給定數；根據飛行試驗或風洞試驗建立模型不確定項造成的滯后相角弧度，幅值系統的穩定裕度指標調整為：M和其中，△_M和△_a均為整實數；

這樣，系統的穩定裕度指標可以轉化為：根據

{e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)Πi=1N[kp(i)·s+kI(i)+kD(i)·s2]+s·B(h,M,s)}s=σ+jω=0]]>

或Re{{e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)Πi=1N[kp(i)·s+k1(i)+kD(i)·s2]+s·B(h,M,s)}s=σ+jω}=0Im{{e-σ(h,M)sK(h,M)A(h,M,s)Πi=1N[kp(i)·s+kI(i)+kD(i)·s2]+s·B(h,M,s)}s=σ+jω}=0]]>所得到的根軌跡必須滿足和根據該指標和極大似然準則或其它準則共同約束下，可以根據系統模型結構辨識中的極大似然方法或辨識方法確定多級PID控制器的級數N、常數k_P(i)、k_I(i)、k_D(i)i=1,2,…,N。