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《自适应机翼的控制系统设计及其试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2006年12月西北工业大学学报Dec.2006第24卷第6期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol.24No.6a自适应机翼的控制系统设计及其试验研究郑华,裴承鸣,孙铁,王华朋(西北工业大学数据处理中心,陕西西安710072)摘要:针对自适应机翼的特点和研制要求,研究了控制系统的设计与实现,较好地解决了飞行中机翼参数时变的问题,并使系统对控制律做了合理的约束,根据最优控制理论对具体方案进行了理论分析和物理试验。结果表明,采用具有辅助模型自适应控
2、制理论的控制器能够有效、准确、快速地达到设计目标跟踪和设计状态回归两项重要指标,系统的鲁棒性、收敛性和稳定性都得到明显体现,且能很好地实现在线控制。关键词:自适应机翼,时变参数建模,自适应控制中图分类号:TP273+.2文献标识码:A文章编号:100022758(2006)0620749205自适应机翼是基于智能材料与结构设计的一种所设计的自适应控制系统见图1。其中,u(t)是新概念机翼。该类机翼能够自适应地调整姿态,使飞控制信号,y(t)是输出。考虑到实际存在一个延迟机飞行效率大幅度提高,因此受到了
3、航空领域的广k,机翼系统的信号可以近似用一个ARMA模型的[1]差分方程来表示泛重视。-1-1-1自适应机翼的发展很大程度上依赖于传感元A(z)y(t)=B(z)u(t-k)+C(z)w(t)件、智能材料、结构设计等领域的发展,而设计一种(1)-1-1-1合适的控制系统使其各个环节协调工作又是该类机式中,A(z)、B(z)和C(z)为参数多项式,翼达到“自适应”的关键。w(t)是白噪声序列,延迟k是采样周期的整数倍针对自适应机翼控制系统设计的特点与要求,数。本文提出了一种自适应控制方案。论文首先简要说
4、明了控制系统的设计原理,随后通过物理试验以及与传统PID控制器的对比,证实了该方案对自适应机翼有着良好的控制效果。1自适应控制方案图1自适应控制系统示意图1.1自适应机翼的控制要求自适应机翼的控制主要有2个要求:①机翼能1.2.1时变参数建模够主动改变自身几何构形(如角度的大小、机翼厚度如图1所示,实现自适应控制首先要进行模型变化等),以达到改善飞行性能的目的。②机翼能够阶次判别和参数估计,本文选用AIC判据[2]。主动克服飞行环境中不利因素的影响,通过自调节参数估计方法很多,本文采用改进的递推最小保
5、持在最佳设计状态。[3]二乘法(RLS)。因为RLS计算量小,并有较强的鲁1.2自适应系统控制方案棒性,基本能满足自适应机翼控制周期短、可靠性a收稿日期:2006201206作者简介:郑华(1983-),西北工业大学博士生,主要从事自适应信号处理及控制的研究。·750·西北工业大学学报第24卷-1高的要求。dC(z)=y(t+k)+-1w(t+k)(8)NA(z)2标准RLS是以J=∑E(n)为代价函数。分析易知,在t+k时刻的输出误差E(t+k)可以表示为k=0dE(t+k)=y(t+k)-y(t+
6、k)表明,标准RLS对稳态时不变系统有最优特性,但-1C(z)是并不大适用于时变参数系统。而机翼系统的参数=-1w(t+k)A(z)在不同的飞行状态下往往非恒定,所以需要对标准=E1(t+k)+E2(t+k)RLS进行改进。=f1{w(t+k),w(t+k-1),⋯,基于指数遗忘算法的RLS能较好地适应参数w(t+1)}+f2{w(t),w(t-1),⋯}时变系统。此时,代价函数修改为J=(9)NN-k2∑KE(n)。当K=1时,算法与标准RLS相同;当式中,E1(t+k)是从当前时刻到t+k时刻的噪
7、声干k=0-1扰,通常设定其对输出的干扰为D(z)w(t+k),K<1时,最新的数据加权大于旧数据的加权。在KE2(t+k)是当前时刻以前的噪声干扰,于是有=1情况下,为了防止由于新增数据信息量不足带-1B(z)来的不稳定性,采用定向遗忘算法。此时,代价函数y(t+k)=-1u(t)+E1(t+k)+E2(t+k)A(z)可以描述为-1JB(z)-1)1N-kT^2=-1)u(t)+D(zw(t+k)+J=∑{K[y(n)-u(n)H]}(2)A(zk=0V(n)-1B(z)式中,V(n)为n时刻的噪
8、声方差估计,K为遗忘因A(z-1)w(t+k)(10)^-1-1-1子,H是估计的参数,u为控制信号。将Diohpantine方程C(z)=A(z)D(z)-k-1由此,最终修改并使用的RLS为+zE(z)代入(10)式可得^^B(z-1)(n)=H(n-1)+-1Hy(t+k)=-1u(t)+D(z)w(t+k)+A(z)P(n-1)u(n)E(n)(3)-1TE(z)KV(n)+u(n)P(n-1)u(n)-1w(t+k)A(z)1P(n)={P(n
