碟形飞行器的广义预测控制方法研究

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1、第28卷第3期计算机仿真2011年3月文章编号：1006—9348(2011)03—0091—06碟形飞行器的广义预测控制方法研究顾文锦，杨侃(海军航空T程学院，山东烟台264001)摘要：研究飞行器机动飞行优化控制，针对碟形飞行器复合控制系统是一个高度非线性的多输入系统，为了提高飞行器动态特性，通过对碟形飞行器所受合外力和力矩的分析并根据纵向运动假设得到碟形飞行器纵向运动简化方程，进行小偏差线性化得到纵向通道变质量矩／推力矢量复合控制线性化方程。由于线性系统是静不稳定的并且是非最小相位系统，传统的控制方法无法直接使用

2、，针对碟形飞行器变质量矩／推力矢量复合控制系统。设计了可以处理这类问题的广义预测控制器并进行了仿真，结果与PD控制的仿真结果进行了对比，结果表明广义预测控制可以提升系统的响应速度，为设计提供了参考依据。关键词：碟形飞行器；复合控制；广义预测控制；比例微分控制中图分类号：V271．4文献标识码：BResearchonGPCtheSaucer-likeAirVehiclebyGPCGUWen—jin．YANGKan(NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Yantai2640

3、01，China)ABSTRACT：Saucer-likeairvehiclelongitudinallocomotionsimpleequationisobtainedbyanalysisoftheexternalforceandmomentofsaucer-hkeairvehicleandbylongitudinallocomotionhypothesis．Thenlongitudinallocomotionlinearequationofthecompoundcontrolsystemofthesaucer-li

4、keairvehicleisobtainedbysmalldeviationlineariza-tion．AGPCcontrollerhasbeendesignedforvarietyqualitysquareandthrustvectorcompoundcontrolsystemofsau—cer-likeairvehicleandcarriedonemutationlresearch，andwa8comparedwithclassicalPDcontroller．Simulationresultsshowthatt

5、heVSCcontrollerhasabettercontrolperformance．KEYWORDS：Saucer-likeairvehicle；Compoundcontrol；GPC；PDcontroll引言碟形飞行器呈圆盘形，是一种无尾无舵、翼身完全融合的非常规飞行器，它是一个高度非线性的系统，可以采用变质量矩控制与推力矢鼍控制相结合的方法实现它的飞行控制⋯。变质量矩控制与推力矢量控制构成的复合控制系统可以利用这两种控制技术的优点，形成复合优势，实现碟形飞行器的机动飞行控制，但同时也带来了一系列难题。难题之一就

6、是如何处理一个高度非线性的多输入系统。论文首先对碟形飞行器的纵向运动方程进行简化，采用可以处理静不稳定问题的广义预测控制方法进行控制器设计，并进行仿真研究。自从Clarke等人提出广义预测控制(GeneralizedPredie-tiveControl，GPC)算法以来口1，GPC算法己成为最受欢迎的模型预测控制算法之一。文献[3，4]对广义预测控制的发展概况、理论基础及应用细节做了深入的探讨。文献[4]对收稿日期：2010—02—12修回日期：2010—03—23GPC算法论述较全面，介绍了GPC单变量、多变量形式的

7、推导方法、工业应用简化办法、有约束GPC的形式和鲁棒GPC等内容。2碟形飞行器纵向通道复合控制模型通过对碟形飞行器(如图1所示)所受合外力和力矩的分析可以得到碟形飞行器动质心运动动力学方程、动质心运动学方程、绕动质心转动的动力学和运动学方程、以及角度关系方程等数学模型，这些非线性方程描述了碟形飞行器的基本运动。限于篇幅，论文不再一一列出。根据纵向运动假设，得到碟形飞行器纵向运动简化方程‘6]Mv=一X—MgsinO+Pcos(毒o+n)mvo=Y—MgcosO+Psin(毒o+a)上‘k=XpPsin毒o+yrPco喏

8、o+(1)犯(‰)一gex6sin孝0毋=二乞一91—儿魄)圈1一类碟型飞行器示意图(5】利用小扰动假设，且考虑对速度不进行控制，对式(1)进行小偏差线性化，把∞≥简写为吐，得到纵向通道变质量矩／推力矢量复合控制线性化方程r毋2吐{‘；=0,24毋一0,24日+n；矗+0,25髫6(2)L日=034毋+(口33一a34)日+o，靠