基于鲁棒预测控制的高超声速飞行器输入饱和控制方法研究

发布时间：2017-12-02 09:12

  本文关键词：基于鲁棒预测控制的高超声速飞行器输入饱和控制方法研究

  更多相关文章： 高超声速飞行器 执行机构饱和 鲁棒预测控制 多胞LPV模型 反馈线性化 平方和

【摘要】：高超声速飞行器以其飞行速度快、突防能力强、飞行范围广等特点,在军事和民用方面均得到了良好的应用与发展。这些特点也导致高超声速飞行器对其执行机构有了更高的要求。因此,对高超声速飞行器执行机构饱和控制的研究具有极大的现实意义。据此,本文依次针对以下三方面进行研究:针对带有输入饱和限制的高超声速飞行器非线性纵向运动模型,提出一种鲁棒模型预测控制器(RMPC)设计方法。利用雅克比线性化以及张量积(T-P)模型转换方法,将非线性高超声速飞行器模型转化为多胞线性参变(LPV)模型;在此基础上,将输入饱和表示为实际反馈控制律与辅助反馈控制律构成的凸包,建立饱和RMPC控制器,并通过引入辅助矩阵来降低其保守性,利用线性矩阵不等式(LMI)求解,以保证输入饱和条件下闭环系统的控制性能和稳定性。通过与其它RMPC控制器的仿真比较,验证了此方法的有效性。为提高非线性模型的线性近似精度及有效的近似范围,利用反馈线性化技术来实现精确线性化处理。本章首先针对带有参数不确定和输入饱和的单输入单输出(SISO)仿射非线性系统。利用反馈线性化,将非线性系统转化为带有扰动和状态依赖输入饱和的LPV模型,提出一种基于平方和(SOS)的RMPC设计方法。基于多胞RMPC控制器,设计加权状态反馈控制律,通过引入范数有界定理,确保扰动下预测状态收敛到不变集内,并利用勒让德多项式近似和SOS技术,将状态依赖输入饱和约束转化为多项式凸优化问题,以获得实际和辅助状态反馈律,所设计的SOS-RMPC控制器能够保证闭环系统的稳定性且能够有效解决输入饱和问题。为实现高超声速飞行器的大包线飞行任务,利用SISO系统SOS-RMPC控制器设计方法,将带有参数不确定和执行机构饱和的高超声速飞行器纵向模型进行反馈线性化处理,获得其带有扰动的LPV模型,基于SOS技术和范数有界定理设计控制器。为提高计算效率,将高度和速度的多阶导数表达式进行近似处理,并利用勒让德多项式进行函数逼近,进而设计SOS-RMPC控制器,以保证飞行器在完成大包络飞行任务的同时,满足执行机构的物理约束。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249

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