带输入饱和的直升机信息融合解耦控制算法

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1、肮空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252014Vol。35No。51394—1403ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：dhkxb．buaa．edu．CIIhkxb@buaa．edu．ctq带输入饱和的直升机信息融合解耦控制算法胡洲，王志胜*，王从庆南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016’．摘要：针对带输入饱和的直升机解耦控制问题，提出了一种改进的信息融合解耦控制算法，通过融合主通道和相应耦合通道期望输出和控制能量的软约束信息，以及系统状态方程和输出方程的硬约束信息，获得二次型性能指

2、标下解耦控制律的最优估计，使直升机的内回路控制具有良好的动态特性和解耦性能。通过控制能量软约束信息的自适应调节，使求取的控制量满足输入饱和限制要求，避免了因输入饱和导致的解耦性能变差和驱动器过载问题。提出的信息融合控制算法基于被控对象的离散模型实现，容易应用于工程实际中。仿真结果表明了该算法的有效性。关键词：信息融合控制；直升机；线性离散系统；解耦控制；输入饱和中图分类号：V249．1；TPl3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)05—1394—10直升机作为控制对象，与固定翼飞机相比，具有更复杂的气动特性。由于直升机4个控制通道(俯仰、滚转、偏

3、航、总距)间存在着强轴间耦合，因此要实现直升机良好的控制品质，其控制系统需具备良好的解耦功能。针对直升机的解耦控制问题，文献E1]从工程易实现的角度出发，仅对控制阵解耦，设计了直升机显模型跟踪飞控系统。文献[2]提出了一种鲁棒无差拍控制技术，将MI—MO系统分解为多个SISO系统，将通道间的交叉耦合当作干扰项，然后运用鲁棒无差拍控制设计各个SISO系统的控制器。文献[3]引入了一种Hadamard权重对直升机的动力学模型进行解耦，并利用回路成型设计过程(LoopShapingDe—signProcess，LSDP)结合标准的鲁棒控制器使系统具有良好的鲁棒性能。文献

4、E4]通过将不确定性系统的跟踪控制问题转化为增广系统的鲁棒状态反馈镇定问题，以线性矩阵不等式(LinearMa—trixInequality，LMI)形式给出了无人直升机鲁棒跟踪解耦控制器存在的充分条件。文献E5]采用模糊控制器实现了直升机的位置和方向解耦控制。文献E6]设计了一种基于模糊逻辑PID的控制方法，应用于直升机的姿态解耦，并运用了混沌优化理论对控制参数进行寻优。文献[7]针对共轴式直升机在总距和航向操纵上的强耦合问题，利用自由尾迹算法对直升机悬停时的航向和总距通道进行了解耦控制。文献[8]～文献[12]分别采用不同的方法对直升机进行了解耦控制设计。以上

5、文献所提出的控制方法都是基于控制量不受限的假设前提。然而在实际工程中，大多数物理系统均存在输入饱和的情况，如不加以考虑，可能会出现能量消耗过快、驱动器过载以及机械限位卡死等情况。本文首先将直升机的解耦控制问题转化为二次型性能指标条件下主通道和耦合收稿日期：2013—07．31；退修日期：2013-09—11；录用日期：2013-11—05；网络出版时间：2013—11—1209：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V201311120916003html基金项目：国家自然科学基金(60874037)*通讯作者．Tel

6、．：025—84896540E-mail：wangzhisheng@nuaa．edu．CR}

7、愿格武；HuZ，WangZS，WangCQ，etal。Decouplingcontrolalgorithmofhelicopterwithinputsaturationbasedoninformationfusion!J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014，35(5)：1394—1403，葫溺，王志胜，I从庆，等．带输入饱和的直丹机信息融合解耦控翩算法[Jj。航空学报．2014，35(5)：1394—1403．胡洲等：带输入

8、饱和的直升机信息融合解耦控制算法通道的跟踪控制问题，然后利用信息融合控制方法来求解二次型最优控制问题，实现直升机各通道的解耦控制，并考虑了当输入存在饱和时控制律的求取方法。信息融合控制解决的控制问题与离散二次型最优控制问题相似，但却使用了不同的解法，它无需像传统最优控制一样求解黎卡提方程，仅需融合二次型性能指标函数中包含的未来期望输出和控制能量的软约束信息，以及系统状态方程和输出方程的硬约束信息，获得协状态和控制量的最优估计[13。14]。1直升机运动控制系统建模直升机是典型的MIMO系统。其气动特点是稳定性差，纵向与横向通道之间存在严重耦合，俯仰、偏航、总距通道

9、的带宽小而