基于状态观测的预测控制系统设计与仿真

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1、2009全国仿真技术学术会议论文集基于状态观测的预测控制系统设计与仿真徐胜红，梁国强，曹文静(海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001)擒妻：碟形飞行器无尾无舵，是一类较为特别的静不稳定系统。在系统存在模埠!偏差的情况下，采用变质量矩／推力矢量复合控制方式的碟形飞行器控制系统按常规预测控制设计思路难以获得理想控制效果。为此，提出了基于状态观测的预测控制设计方法，针对该方法设计的碟形飞行器预测控制系统进行了飞行仿真。结果表明，当碟形飞行器存在建模误差时，该系统仍能够获得较好的控制性能。关键词：

2、碟形飞行器；复合控制；预测控制；状态观测中图分类号：．I说73．23文献标识码：ADesignandSimulationofMPCSystemBasedonStateObservationXUSheng—hong，LIANGGuo—qiang，CAOWen—jing(DepartmentofControlEngineering，NavalAeronauticalEngineeringAcademy，YantaiSh蚰dong264001，China)ABSTRACT：Theflyingsauceri

3、saspecialstaticallyunstablesystemwithoutelevatororrudder．Consideringthemodelbias，theconventionalpredictivecontrolsystemdesignmethodforthemoving—mass／thrust—vectoringcoinopoundcontrolledflyingsaucerishardtogetidealresult．ThereforeaMPCdesignmethodbasedon

4、stateobservationispresentedandappljedtotheflying8m脚compoundcontrolsystem．Theflightsimulationshowsthattheperfectcontrolresultcouldbeobtainedevenwiththesystemmodelbias．KEYWORDS：Flyingsaucer；Compoundcontrol；Modelpredictivecontrol(MPC)；Stateobservationl引言2

5、0世纪70年代以来，随着对工业过程控制要求不断提高，人们力图寻找对过程模型精度要求不高而同样能实现高质最过程控制的技术方法。在这种需求背景下，预测控制逐渐发展起来。预测控制最初由Richalet和Cutler提出⋯，包括预测模型、滚动优化和反馈校正等三大要素BJ，其最大特点是不断滚动的局部优化，使模型失配、畸变、干扰等引起的不确定性及时得到弥补鉴，从而得到较好的动态控制性能。预测控制一经提出即在工业控制领域获得了较快应用，并且随着计算机技术的飞速发展，迅速扩展应用到包括航空、航天在内的众多工程领域p

6、1。文献[4]针对碟形飞行器推力矢量／变质量矩复合控制的纵向通道设计了预测控制系统，实现了复合控制系统的一体化设计，使两类控制能够协调工作，控制性能良好。不过，文献[4]假定系统模型是准确的，没有考虑系统的建模误差，而由于碟形飞行器是一类静不稳定系统，建模误差对系统控制性能将产生很大影响。论文针对这种情况进行了研究，提出了基于状态观测的预测控基金项目：总装预研重点基金项目(编号：6140511)收稿日期：2009—05—11一192一制设计方法。仿真表明，在存在建模误差的情况下，按该方法设计的碟形飞

7、行器复合预测控制系统仍能获得较好的控制性能。2系统线性化模型碟形飞行器复合控制系统由推力矢量和变质量矩控制构成㈨。针对碟形飞行器纵向控制通道，文献[6]利用小扰动假设，在不进行速度控制的条件下，得到纵向通道姿态控制的推力矢量／变质量矩复合控制的线性化方程为：也=一口斟0+o“毋+c12h石，+Dz”靠0=一口M日+a340+d站靠(1)0=鼽式中：∞。是碟形飞行器纵向平面内俯仰运动角速率；0、0、a分别为碟形飞行器俯仰角、轨迹倾角和攻角；屯和翕分别是纵向通道变质量矩控制子系统和推力矢量控制子系统的控

8、制量；a24、‰、‰、a34莆1]a35为模型线性化后基于基准飞行轨迹参数的动力学系数，均为正。{0‘：厶a+92I翕(2)1=厶a+I翕卜7fx2Ax+曰u(3)A=[；；笺]，曰=[兰。莒]，c=c。-t，值对预测时域内系统的输出进行预测。这样，所产生的顶测误差仅仅在有限时域内累积，预测精度较高。当然，由于当前时刻模型预测部分的状态直接采用了系统当前状态估计值，为使系统设计简单，当前时刻飞行器真实输出与预测模型输出之间的偏差量可以当作为零处理，即不作反馈校正。此时