考虑功率约束的控制分配方法

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1、第44卷第2期2012年4月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics＆Astronautics考虑功率约束的控制分配方法高飞1慕春棣1朱纪洪(1-清华大学自动化系，北京，100084，2．清华大学计算机科学与技术系，北京，100084)VoI．44No．2Apr．2012摘要：根据飞机作动系统的工作原理，针对液压源能量有限的现状，提出作动系统的功率约束条件。同时考虑操纵面的物理约束，提出了功率受限的操纵面控制分配问题，并给出相应的解决方案。功率受限的操纵面控制分配方法将控制律设计与探纵面任务分配分割为两个模块

2、独立运行，以动态逆控制律为基础，建立控制指令和操纵面间的动态映射关系，考虑操纵面的物理约束并以功率最小作为优化指标，将控制分配问题转化为一个二次规划问题，通过数值求解实现控制系统功率受限下的控制分配。仿真结果表明，考虑功率约束的控制分配方法，可以在系统满足一定稳定性及飞行品质要求的前提下，分配和管理多个冗余操纵面达到指令要求，同时实现系统消耗总功率最小，保证了作动系统的稳定性与安全性。关键词：控制分配；作动器约束；功率最优化；二次规划；动态逆中图分类号：TP29；V249文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)02—0178—06ControlAllo

3、cationUnderPowerConstraintsGaoFeil，MuChundil，ZhuJihon92(1．DepartmentofAutomation，TsinghuaUniversity，Beijing，100084，China；2．DepartmentofComputerScienceandTechnology，TsinghuaUniversity，Beijing，100084，China)Abstract：Acontrolmethoddealingwithallocationproblemunderboththeconstraintofactuato

4、rsystemandrestrictedpowersituationofhydraulicresourcesispresented．Thecontrolsystemisdividedintocontrollawandcontrolallocation．Theformeroneisbasedondynamicinverselawtotrackthecom—mandgiventOthewholecontrolsystem．ThelatterORe，aimingatallocatingthecontroleffortsbetweenactuators．makesuseof

5、mappingfromtorquevariablesasoutputofcontrollawtocommandgiventoeachactuatororcontrolsurface．Inthisallocationmethod，theproblemisformulatedwithquadraticprogrammingasaminimalpoweroptimizationproblemconsideringpositionorratelimitsofactuators．Thiskindofnumericalmethodcangiveaconvergenceresul

6、twhenallocationisfeasible．Theexperimen-talresultshowsthatthiscontrolallocationmethodcanreachthedesiredcommandevenwiththelimita．tionofactuators，andmakethepowerconsumetObeminimum，thusguaranteeingthestabilityandsafe—tyofactuatorsystem．Keywords：controlallocation；actuatorconstraints；minimal

7、poweroptimization；quadraticprogram—ming；dynamicinversion与传统飞机相比，现代先进布局飞机广泛采用多操纵面的配置，具有多个可独立控制的操纵舵面，在一定程度上构成飞机的气动冗余，因此对于同一控制目标，可以通过不同的操纵面组合协同实现。多操纵面飞机的这一特性，大大增加了飞机控制的自由度以及飞机的操纵性能，并且为飞机的重构控制提供了可能，可以有效提高飞机的可靠性。与此同时，多操纵面布局飞机对飞行控制也带来了新的挑战。由于多个操纵面之间存在耦合，各个操纵面与控制力矩之间的非线性关系使飞机的收稿日期：2011—06—0