專利名稱：一種飛行器魯棒控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行器魯棒控制方法，尤其涉及一種利用魯棒μ綜合控制器進(jìn)行控制的大裕度飛行器的控制方法。
背景技術(shù)：
制空權(quán)在21世紀(jì)的國防保衛(wèi)上重要性不言而喻，典型的空戰(zhàn)模式是首先用中遠(yuǎn)距空-空導(dǎo)彈對敵機(jī)進(jìn)行超視距首輪攻擊，然后在視距內(nèi)用近距空-空導(dǎo)彈進(jìn)行空中近距格斗，為了滿足現(xiàn)代空戰(zhàn)中近距格斗的需求，美國、歐洲、俄羅斯、以色列、南非等主要軍事強(qiáng)國和地區(qū)都在積極發(fā)展第四代紅外近距格斗導(dǎo)彈，以謀求在現(xiàn)代空戰(zhàn)中處于有利地位。 國內(nèi)也正在著手先進(jìn)紅外近距格斗彈的研制，以提升我國的軍事力量與技術(shù)水平，保衛(wèi)我國領(lǐng)空不被侵犯。第四代空-空導(dǎo)彈為了滿足高機(jī)動性的要求，常采用大攻角飛行策略，由于通道間交叉耦合、慣性耦合和氣動力非線性的緣故，空-空導(dǎo)彈的運(yùn)動表現(xiàn)出強(qiáng)非線性和變參數(shù)特性，在用傳統(tǒng)的方法設(shè)計空-空導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)時，數(shù)學(xué)模型的建立通?；凇皡?shù)固化”和“小擾動”。這樣，傳統(tǒng)的設(shè)計方法在所根據(jù)的模型上就存在對非線性系統(tǒng)的未解耦小偏差線性化處理以及對系統(tǒng)的不確定性和未建模動態(tài)的處理兩個問題。傳統(tǒng)的經(jīng)典控制方法很難滿足設(shè)計要求。大攻角飛行條件下導(dǎo)彈動力學(xué)特性的復(fù)雜性難以建立較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，以及不斷發(fā)展的推力矢量控制、直接力側(cè)噴控制等新興復(fù)合控制技術(shù)，都要求空-空導(dǎo)彈自動駕駛儀設(shè)計應(yīng)基于現(xiàn)代控制理論的魯棒控制方法。當(dāng)今國外第四代空空導(dǎo)彈自動駕駛儀設(shè)計大多采用了基于現(xiàn)代控制理論的魯棒控制設(shè)計方法進(jìn)行控制器設(shè)計并獲得成功，如歐洲多國聯(lián)合研制的^IS-T空空導(dǎo)彈正是應(yīng)用μ綜合設(shè)計的魯棒駕駛儀。設(shè)計μ綜合控制器的主要工作在于設(shè)計之初的大量前期投入，比如不確定性評估、模型重構(gòu)(構(gòu)建廣義控制對象)、性能指定和迭代控制器的權(quán)函調(diào)整等等，當(dāng)然其中的部分工作目前已由數(shù)學(xué)軟件μ-tools替代，極大地簡化了多變量控制器的設(shè)計。另一方面，也看到應(yīng)用P綜合方法設(shè)計的魯棒控制器在設(shè)計中已兼顧了各類擾動、模型中不確定性和參數(shù)攝動影響，無保守地分析系統(tǒng)的魯棒性，并有效地折衷了魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能。 因此μ綜合可用于設(shè)計大機(jī)動、高度復(fù)雜的空-空導(dǎo)彈的魯棒控制器，這體現(xiàn)了 μ綜合設(shè)計新一代空-空導(dǎo)彈控制器方面的優(yōu)越性。然而，空-空導(dǎo)彈是高階動力學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)用μ綜合設(shè)計的控制器具有與模型可比的階次。由結(jié)構(gòu)奇異值的D-K迭代近似算法知道，μ綜合整合了結(jié)構(gòu)奇異值非保守性分析結(jié)構(gòu)式不確定性的優(yōu)勢和H00控制理論具有使系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能在H00范數(shù)意義下統(tǒng)一的優(yōu)勢，μ綜合控制器本質(zhì)上是一個不斷數(shù)值擬合凸優(yōu)化的H00控制器；且最終設(shè)計的控制器與多項(xiàng)式擬合尺度矩陣D有極大的相關(guān)性，因?yàn)閿M合后互聯(lián)結(jié)構(gòu)為D ( OD-1JIW 的狀態(tài)數(shù)為擬合矩陣的階次與全塊的大小乘積的兩倍。由于H00控制器的階次等價于設(shè)計框架內(nèi)帶權(quán)(實(shí)現(xiàn)指定控制目標(biāo)的性能權(quán)函數(shù)以及規(guī)范化不確定性的權(quán)函數(shù))標(biāo)稱模型的狀態(tài)數(shù)(一般高于原始模型階次)，因此最終控制器的階次為標(biāo)稱系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)與增加的狀態(tài)數(shù)之和，其值比模型的狀態(tài)數(shù)翻番、幾倍甚至十幾倍?？梢?，μ綜合控制器的強(qiáng)魯棒性是在犧牲控制器階次的前提下獲得的。從μ綜合控制器的最終設(shè)計結(jié)果，這類控制器最主要的缺陷在于數(shù)學(xué)形式的復(fù)雜性信息量豐富、規(guī)模大階次高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，全包線范圍內(nèi)更是需要多個這樣的控制器在線調(diào)度，如此復(fù)雜的控制器對于工程師而言還是會望而生畏，畢竟低階的控制器在硬件中出錯率低、軟件中缺陷少、便于實(shí)現(xiàn)，故其可靠性高且易維護(hù)。現(xiàn)有的彈載處理器對于處理像PID這類簡單結(jié)構(gòu)的一兩階的低階控制器綽綽有余，但是如此高階的控制器對于彈載處理器而言將是極大的負(fù)荷目前的控制器必然會受到來至實(shí)際機(jī)器控制器單元的限制，比如有限計算能力、采樣時間、浮點(diǎn)算法和控制器的數(shù)值條件，這時彈載處理器的有限精度算法就不太適應(yīng)，相應(yīng)的計算量也隨著控制器階次的提高呈幾何級數(shù)增長。由于快速吞吐量次的計算負(fù)擔(dān)，有可能造成時滯延遲，實(shí)時實(shí)現(xiàn)這類高階控制器將異常困難。顯然低階線性控制器除了易理解可靠性高外，在計算量與實(shí)現(xiàn)上較高階控制器優(yōu)越很多，工程應(yīng)用中低階控制器往往更受親睞，因此希望設(shè)計一種既能保持現(xiàn)有μ綜合控制器大范圍高性能鎮(zhèn)定被控對象的優(yōu)點(diǎn)又只有較小運(yùn)算量的低階控制器。假設(shè)由三輪D-K迭代后設(shè)計的線性控制器為K(S)，轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間后有如下形
式
權(quán)利要求
1. 一種飛行器魯棒控制方法，對魯棒μ綜合控制器進(jìn)行實(shí)時解算，其特征在于，所述對魯棒μ綜合控制器進(jìn)行實(shí)時解算，包括以下步驟步驟 ι 、 將魯棒 μ 綜合控制器轉(zhuǎn)化為以下的狀態(tài)空間形式，，
2.如權(quán)利要求1所述飛行器魯棒控制方法，其特征在于，所述步驟2具體包括 步驟201、將狀態(tài)方程 按隱式歐拉差分格式轉(zhuǎn)化為差分方程 即采樣周期； 步驟202、把上述差分方程中的右端項(xiàng)/(Χ( -》)按一次牛頓迭代W得則方分 差到 入代步驟203、對上式進(jìn)行分離變量合并同類項(xiàng)，并將+ = d代入，則得到如下的顯式歐拉3c差分方程組
3.如權(quán)利要求2所述飛行器魯棒控制方法，其特征在于，步驟3中引入的外推子列為⑷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種飛行器魯棒控制方法。本發(fā)明方法利用牛頓迭代法將一階隱式差分格式轉(zhuǎn)化為一階顯式差分格式，這樣避免了隱式格式中的重復(fù)迭代帶來的計算開銷以及設(shè)置連續(xù)二次迭代結(jié)果差異的閾值估計麻煩；同時引入多項(xiàng)式外推，對每次結(jié)果進(jìn)行修正，提高收斂速度，從而滿足控制系統(tǒng)實(shí)時性要求。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法具有更好的收斂性和實(shí)時性，對硬件性能要求更低。
文檔編號G05B13/04GK102566427SQ201210003849
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者張民, 臧月進(jìn), 陳欣 申請人:南京航空航天大學(xué)