多操纵面飞行器受限控制分配技术研究

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1、中图分类号:V249.1论文编号:102870314-S255学科分类号:082601硕士学位论文多操纵面飞行器受限控制分配技术研究研究生姓名郭梦旭学科、专业武器系统与运用工程研究方向飞行器制导控制指导教师陈谋教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二Ο一四年三月万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationResearchonControlAllocationwithConstraintforMultiEffectorsAircraftsAThe

2、sisinWeaponSystemandUtilizationEngineeringbyGuoMengxuAdvisedbyProf.ChenMouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2014万方数据承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以

3、明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要为了提升飞行器的飞行性能和安全性，各军事强国先后发展了具有先进气动布局的飞行器，这类飞行器通过配置多组新型操纵面以提高飞行器故障重构能力、减少雷达反射面积、降低某些操纵面的关键系数，使飞行器具有控制冗余。在增加飞行器操纵面配置的同时，也使飞行器控制系统变得越来越复杂，如何协调操纵面偏转组合，以

4、使飞行器在满足驱动器约束的前提下，达到飞行器操纵面冗余配置的设计目标，实现优化控制，是设计多操纵面飞行器的飞行控制系统亟需解决的问题。本文对具有多操纵面冗余的飞行器的受限控制分配问题进行了研究，主要研究内容及成果如下：首先，建立多操纵面飞行器飞行系统控制结构，通过引入控制分配器，构造了多操纵面飞行器“主环+伺服环”的模块化飞行控制结构。在此基础上，针对研究对象分别建立了飞行器和驱动器的数学模型，并基于非线性干扰观测器提出了滑模飞行控制方法以产生进行控制分配时所需的期望虚拟控制信号。其次，考虑驱动器物理约束，将当前时刻具有驱动器冗余配置的飞行器的各个操纵面的物理约束划分

5、为多个网格，用蚁群算法按顺序依次对各个操纵面的网格结点进行搜索，得到临时最优解。同时利用模式搜索方法，以临时最优解为基点进行探测搜索和模式移动得到全局最优解，该最优解作为控制分配结果。仿真结果表明，所设计的控制分配方法能较好的将期望虚拟控制输入信号分配到各操纵面上。随后，针对操纵面控制舵效为非线性的情况，考虑操纵面速率与位置约束，研究了一种基于蚁群算法和差分进化算法的混合优化受限控制分配算法。该算法先将控制效能函数分段线性化，由蚁群算法搜索得到最优的一组分段区间，从而确定分段截点。同时由差分进化算法搜索得到优化后的截点参数。最后由分段截点和截点参数计算得到操纵面偏转指

6、令。仿真结果显示，所设计的基于混合优化分段线性控制分配方法能有效处理舵效为非线性条件下的多操纵面控制分配问题，并对过驱动系统指令具有很好的跟踪效果。接着，针对控制分配效率矩阵具有区间不确定的情形，先直接用非结构鲁棒最小二乘控制分配策略进行控制分配。后将区间控制效率矩阵表示成多面体不确定形式，研究了一种基于线性矩阵不等式的鲁棒最小二乘受限控制分配方法。仿真结果表明，所研究的多操纵面飞行器控制分配策略能较好的应对控制分配效率矩阵不确定的情形。最后，针对驱动器模型多面体不确定情形的控制分配问题，研究了一种鲁棒预测受限控制分配方法。该方法在建立驱动器系统的离散增广系统基础上，

7、通过引入鲁棒预测控制思想，将操纵面物理约束作为非对称约束进行处理，利用线性矩阵不等式方法实现了受限控制分配。仿I万方数据多操纵面飞行器受限控制分配技术研究真结果表明，所设计的鲁棒预测控制受限分配方法能在考虑物理约束的同时实现动态控制分配，并取得了良好的分配效果。关键词：多操纵面飞行器，过驱动系统，级联控制，受限控制分配，蚁群算法，鲁棒预测控制，最小二乘，线性矩阵不等式，多目标优化II万方数据南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTToimprovetheflightperformanceandthesafetyoftheaircraft,thea