弹性飞行器的H∞控制器设计与仿真

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1、第27卷第12期计算机仿真2010年12月文章编号：1006—9348(2010)12—0065—05弹性飞行器的H∞控制器设计与仿真孟文杰，李爱军，徐丽娜，刘宝(西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)摘要：弹性飞行器动力学模型用很多自由度来描述弹性模态和刚性模态，由此引起的模型不确定性及建模误差，使用常规控制器很难保证系统的鲁棒稳定性。为此，采用H。混合灵敏度控制方法设计了能控制弹性飞行器姿态运动又能快速抑制结构振动的鲁棒控制器，采用平衡截断法对此高阶控制器进行了降阶，得到6阶和4阶控制器

2、，对于降阶控制器的控制效果进行了仿真研究。仿真结果表明，降阶后的控制器能很好地实现对原全阶控制器的近似，系统增强稳定性。鲁棒性能满足设计的要求，为飞行系统提供了设计依据。关键词：弹性飞行器；鲁棒控制器；控制器降阶中图分类号：V212；V215．3文献标识码：ADesigningandSimulatingofH。ControllerforFlexibleAircraftMENGWen—jie，LIAi—jun，XULi—na，LIUBao(CollegeofAutomation，Northwester

3、nPolytechniealUniversity，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：AlotofDOFsareusedtodescribetheelasticmodeandrigidmodeoftIIedynamicmodelofflexibleaircraft，whichwillleadtomodeluncertaintyandmodelingerror．Itisdifficulttoensurerobuststabilitybyconven·tionalcontr

4、oller．Inordertoresolvetheproblem，arobustcontroller，whichcannotonlycontrolflexibleaircraftatti·tudebutalsorestrainstructurevibrationquickly，isdesignedbyusingH。mixedsensitivitycontrolmethod．Thecon—trollerisreducedto4“orderand6“orderbyusingbalancedtruncat

5、ion．Controleffectsofreductioncontrollerarestudiedbysimulating．Simulationresultsshowedthattheresultingreduced—ordercontrollerworkedaswell船thefull—ordercontroller，androbuststabihtymetrequirements．KEYWORDS：Flexibleaircraft；Robustcontroller；Reductioncontro

6、llerl引言由于军队及商业的任务要求的不断提高，新的布局要求使得高速飞机必须具备薄升力面、细长的机身、低质量分数结构、高应力设计水平和低动态负载因素。不仅如此，为了避免超高速时产生的过大的阻力，该类型的飞机通常设计为在亚音速时是静不稳定的。这些特性要求飞机的结构轻巧且具有弹性。由于弹性毪行器动力学模型用很多自由度来描述弹性模态和刚性模态，从『面引入鲁棒控制器的高阶性问题，不易工程实现，因【面对弹性飞行器的自动飞行控制系统的设计产生了新的挑战。通常有两类方法用于弹性飞行器控制律设计～种是传统的在不同

7、的频域范围内分别设计刚体运动和弹性振动控制律，另一种是设计一个集成的控制器以确保刚体运动性基金项目：航空基金资助项目(20080553018)(2009075300"／)收稿日期：2010—02—12修回日期：2010—04—20能和弹性振动的稳定性。由于现代大型飞机的静不稳定性、高度自治反馈控制系统的应用，其刚性模态与弹性模态间的频率间隔较窄，因而其结构最低自振频率与刚性飞机运动频率比较接近，弹性运动和刚性运动出现较强的耦合。因此，传统的分别设计的控制律由于忽略了耦合效应而不准确，集成控制器设计方

8、法是比较现实准确的方法。在以往的研究中，Pedro和Bigg⋯将传统的LQR和“Ⅺ控制技术用于弹性毪行器，但该方法仅仅考虑了飞机的纵向气动模型。Chavez和Schmidt【21运用线性结构模态理论设计了基于斗综合法的纵向控制器。他们主要致力于设计一个系统化的方法，基于该方法设计的鲁棒控制器不需要所有的关于弹性系统的信息就可以发挥理想的作用。LiXiao-hong【31使用基于Schur降阶模型和FSMC(FlexibleStructureinModalCoordin