基于backstepping∕RHO的变体飞机控制器设计

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1、2014年8月第40卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2014V01．40No．8基于backstepping／RHO的变体飞机控制器设计陈伟卢京潮王晓光章卫国(西北工业大学自动化学院，西安710072)摘要：为了确保变体飞机在变体过程中的飞行稳定性，提出了一种并行修正控制器设计方案．采用backstepping方法进行标称控制器设计，提供基本的飞行稳定性和跟踪性能．使用雅可比线性化方法对变体飞机非线性方程进行

2、线性化得到线性化模型，采用基于指令滤波器的滚动时域优化(RHO，RecedingHorizonOptimal)方法进行修正控制器设计．在有限时域区间内实时解算修正控制量，对标称控制器进行补偿．从航迹角控制系统仿真结果可以看出，航迹角能够较好地跟踪指令信号，基本不受变体过程的影响，飞行控制系统满足实时性和鲁棒性的要求．关键词：变体飞机；修正控制器；backstepping；滚动时域优化；航迹角中图分类号：V249．1文献标识码：A文章编号：100l一5965(2014)08—1060-06Designofacontrolle

3、rformorphingaircraftbasedonbaCkstepping／RHOChenWeiLuJingchaoWangXiaoguangZhangWeiguo(CollegeofAutomation，NorthwesternPolyteehuicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Inordertoensuretheflightstabilityofmorphingaircraftinthemorphingprocess，aparallelretrofitcontrol

4、lerwasproposed．Thenominalcontrollerwasdesignedbythebacksteppingtechnique，whichwasusedtoprovidethebasicflightstabilityaswellasthetrackingperformance．Thenonlineardynamicequa·tionsofthemorphingaircraftwerelinearizedbytheJacobianlinearizationapproach，andalinearizedmod

5、elwasobtained．Theretrofitcontrollerwasdesignedbytherecedinghorizonoptimal(RHO)algorithmbasedonthecommandfilter．TheretrofitvalueWaScalculatedwithinafinitehorizoninreal-timetocompensateforthenominalcontroller．Thesimulationresultsoftheflightpathanglecontrolsystemshow

6、thattheflightpathanglecantrackthecommandsignalregardlessofmorphingprocess，andtheflightcontrolsystemsatisfiesthere—quirementsofreal—timeandrobustness．Keywords：morphingaircraft；retrofitcontroller；backstepping；recedinghorizonoptimal；flightpathangle随着一些新型航空材料的应用，各式各样的

7、变体飞机得以出现，如变后掠翼⋯、折叠翼旧o、扑翼口-等无人机．变形技术并不能改变飞行品质，反而会给飞机的动态特性带来不利的影响¨o．变体过程会引起气动力与力矩的非线性变化，使得模型具有较强的时变性和不确定性，飞行稳定性会受到较大影响．为了满足飞行品质要求，所设计的飞行控制系统需要确保变体过程中的飞行稳定性．文献[5]基于H。方法对一种仿生变体无人机进行控制器设计，仿真结果显示飞行稳定性会随着变体速率的提高而降低．文献[6]分别采用多级补偿器和线性二次型调节器对一种仿生变体无人机进行着陆控制器设计，仿真结果表明基于收稿日期：

8、20134)9—22；网络出版时间：2014-03-1709：16；DOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2013．0510网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001·5965．2013．0510．html基金项目：国家自然科学基金资