基于LPV模型的多螺旋桨组合浮空器定点控制研究

发布时间：2020-06-01 22:22

【摘要】：论文研究对象多螺旋桨组合浮空器具有低速、非线性、强耦合性、时变性等特点,使得其定点控制特性与其他飞行器不同。考虑建立浮空器的LPV模型,以调度参数来体现系统的时变性和非线性,采用鲁棒变增益控制法和参数依赖李雅普诺夫函数法,来设计浮空器的定点反馈控制器。此方法设计思想直观简单,同时又能在理论上保证浮空器在整个状态空间的渐进稳定性。论文主要工作内容如下:首先,由于浮空器在低速、定点运动状态下时变性、非线性强的特点,采用小扰动线性化模型误差太大,考虑建立浮空器的LPV模型来逼近原非线性系统。搭建了浮空器机体及环境坐标系,然后分析了浮空器的受力情况,得到研究对象的非线性模型;在平衡点处进行了小扰动线性化,将非线性模型在平衡点附近解耦分解成了纵向和横侧向两个独立的线性运动方程组;选取前飞速度为调度参数,通过拟合不同平衡点的小扰动状态方程,得到浮空器依赖于调度参数的LPV模型。然后,对调度参数在浮空器的低速定点工作区间[2,6]m/s内进行网格划分,将所得的值以张量的形式进行存储,并利用MATLAB的TP-Tool工具箱对其进行降阶处理,得到奇异值较大的点作为系统的顶点模型,同时求解出其相应的权函数,从而将LPV模型转化为多胞形;对系统多胞形的各个顶点进行鲁棒变增益定点控制律设计,通过加权获得系统整个状态空间的定点控制律;在MATLAB中进行仿真,并对仿真结果进行了分析。最后,针对平流层浮空器控制能力弱、螺旋桨推力受限的特点,给出了浮空器执行机构饱和受限的LPV系统控制问题的描述;针对该系统,采用参数依赖的Lyapunov函数法进行了稳定了分析,并给出了其稳定区域的最优估计方法;结合吸引域的最优估计,给出了设计系统的抗饱和补偿器的数学表达式,并将其转化为LMI的最优化解问题;MATLAB仿真结果证明了抗饱和控制律设计的有效性。
【图文】：

图 1- 1 雷达-浮空器监测预警系统Fig.1- 1 Aerostat and radar monitoring system2.1 浮空器发展现状图 1-2 所示的为传统浮空器，纺锤形的主体、尾翼和吊舱是其最明显的外

图 1- 2 常规飞艇内部结构图Fig.1-2 Structure of the traditional airship考虑到使用场景的变化，各国都在积极设计具有不同结构的新型浮空器。统浮空器，新型浮空器的改进有两大方面：一是外形改进，不同的外形可浮空器的升力系数、行进中所受到的空气阻力以及侧向风敏感系数。二是
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V249.1

【参考文献】

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本文编号：2692157