变体飞行器LPV建模与鲁棒增益调度控制

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1、第45卷第2期2013年4月南京航JournalofNanjing空航天大学学报v。1．45UniversityofAeronautics&AstronauticsApr．变体飞行器LPV建模与鲁棒增益调度控制殷明陆宇平何真(南京航空航天大学自动化学院，南京，210016)No．22013摘要：以可变翼展的变体飞行器为对象，研究了一类变体飞行器的建模与控制问题。分析了飞行器纵向气动参数与翼展变形的关系，构建了气动参数函数。用Jacobian线性化方法，建立了飞行器的线性变参数(Linearpa—rametervarying，LPV)模型，分析了变体过程中飞行器特

2、征的变化。为保证变体过程的稳定，采用鲁棒增益调度控制方法设计了全局控制器，其设计条件具有线性矩阵不等式(“nearmatrixinequality，LMI)的形式。对采用所设计控制器的变体飞行器进行了仿真验证。结果表明：翼展变形对飞行器气动参数有明确的影响，能够直接改变飞行器的系统特征；设计的鲁棒增益调度控制器能实现预期的运动过程，并保证变体过程的全局稳定。关键词：变体飞行器；气动参数函数；线性变参数；鲁棒增益调度；线性矩阵不等式中图分类号：V249．1文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)02一0202一07LPVModelingandRobu

3、stGainSchedu¨ngControlofMorphingAircraftYi咒Ming，L甜Yk户i行g，HPZ^P扎(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，2l0016，China)Abstract：Themodelingandcontrolonaclassofvariable—spanmorphingaircraftarestudied．Thelongi—tudinalaerodynamicparametersofmorph

4、ingaircraftareanalyzedcorrespondingtothespanvariationtoconstructaerodynamicparameterfunctions．Thelinearparametervarying(LPV)modelofmorphingaircraftisobtainedviaJacobian1inearizationapproach．Thechangeoftheaircraft’seigenvalueswhilemorphingisdiscussed．Arobustgainschedulingcontrolmethod

5、ology，withlinearmatrixinequality(LMI)formisdeveloped，toguaranteethestabilityoftheaircraftwh订emorphing．Anumericalsimula—tionofmorphingaircraftisdemonstratedwiththecontrollersynthesis．Theresultsshowthat，thespanvariationcanaffecttheaerodynamicparametersofmorphingaircraftobviously，whichd

6、irectlychangestheaircraft’scharacteristics．Therobustgainschedulingcontrollercanaccomplishthetargetmotionofmorphingaircraftwithaguaranteeofglobalstabilitywhilemorphing．Keywords：morphingaircraft；aerodynamicparameterfunction；1inearparametervarying(LPV)；robustgainscheduling；linearmatrixi

7、nequality(LMI)变体飞行器是当前飞行器设计与控制研究的前沿热点之一，与常规飞行器相比，能根据飞行环境和飞行任务的需求，改变飞行器的外形结构，提供更优的气动性能与操纵能力，减小能耗，显著地扩大飞行器的适用范围。不少国家都已经或正在开展变体飞行器的相关研究，典型项目包括美国的主动气动弹性机翼计划、AFTI／F一111自适应机翼项目、变形飞机结构计划、欧洲的主动气动弹性飞机结构项目等[1屯]。变体飞行器研究的热点和难点主要包括变形实现、模型描述、控制设计3部分。变形实现方式大体可分为3类：翼型变形(弯度、厚度)、翼平面变基金项目：国家自然科学基金(9101

8、6017)资助项目。收稿