带有约束的飞控系统的容错保性能控制

发布时间：2017-12-08 06:09

  本文关键词：带有约束的飞控系统的容错保性能控制

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【摘要】：近年来航空航天事业的快速发展,使得飞行器的功能要求由单一向多功能转变,飞行器本身也变得愈发复杂。而对于飞控系统安全性要求的进一步提高,则促进了飞行容错控制理论的进步与发展。如何将更先进的容错控制理论与方法应用于飞控系统有着极其重要的研究意义。四旋翼飞行器是一种典型无人飞行机,相较于固定翼飞行器,四旋翼飞行器具有更复杂的气动特性和更特殊的飞行状态,因此需要更稳健的容错控制方法来保证飞行品质和飞行安全。此外,实际应用中四旋翼飞行器经常会受到自身限制、运行环境等多种条件的约束,因而在故障发生前后,系统要求维持的性能往往也是不同的,这就需要在飞控系统的容错控制问题中考虑到系统所受到的约束条件和性能指标,在保证系统容错控制稳定性的同时,满足系统的约束条件,同时实现性能指标要求。滑模控制是一种常用且有效的非线性系统鲁棒控制技术。本文首先针对带有执行器故障和外界扰动的飞控系统,提出了一种基于滑模控制的抗输入约束容错保性能控制方法。考虑控制输入存在约束的情况,设计了一种切换滑模面,进而结合飞控系统的实际控制需求,提出了两种不同的性能指标,通过求解非线性不等式方程,分别得到了不同性能指标条件下滑模面的最佳参数及相应滑模控制律,将该方法应用于带有输入约束的四旋翼飞行器仿真平台,实验结果证明了该方法具有良好的控制效果。在此基础上,考虑飞控系统存在状态量约束的情况,分别为速度约束和加速度约束,通过求解非线性不等式方程,得出在不同约束条件下的滑模面最佳参数及相应滑模控制律。四旋翼飞行器仿真实验结果证明该方法在系统受到状态量约束和执行器故障情况下,能够获得满意的容错控制性能。考虑到容错控制工程应用的简便性,针对带有执行器乘性故障和输入约束的非线性飞控系统,提出了一种更易于工程实现的基于静态输出反馈的主动容错保性能控制方法。根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,分析并得到相应的输出反馈容错最优控制律,保证了闭环系统的稳定性,提高了系统的抗输入约束能力和动态性能。四旋翼飞行器仿真实验结果表明了该方法的有效性和可行性。最后,考虑了算法测试的灵活性和便捷性,在Qball-X4四旋翼飞行器半物理仿真平台上,采用Matlab编程,设计并开发了一套飞行器容错保性能控制仿真系统,便于测试不同容错保性能算法的实际运行效果。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1

【参考文献】

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本文编号：1265310