鲁棒控制与PID控制相结合在无人机上的应用课件.ppt

《鲁棒控制与PID控制相结合在无人机上的应用课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、鲁棒控制在飞翼无人机控制律设计中的应用主讲人：2021/9/141.采用飞翼布局的无人机的优点近年来,无人机得到各国军方的重视,世界各国都在加快研制无人机的步伐。无人机的设计方案众多,与正常式布局的飞机相比,采用飞翼布局的飞机有很多优点:采用了超宽短机身,使机体在同等条件下结构强度比常规的更好;飞翼布局飞机浸湿面积小,可以以比较小的展弦比获得理想的升阻比;翼身融合使得机翼根部结构高度和弦长比较大,有利于任务装载;没有尾翼,一方面有利于隐身,另一方面,可以大大减轻结构重量,使得摩擦阻力减小,升阻比增加。在各种方案中无尾飞翼设计方

2、案占有很高的优先级。2021/9/14目前,世界上最先进的隐身飞机都采用了无尾飞翼的布局方式,例如美国的“暗星”、B-2、X-45飞机等。“暗星”无人机B-22021/9/142.飞翼布局的缺点但飞翼布局也存在先天的缺点:（1）升降舵操纵力臂较常规布局飞机短,因而操纵效能大大降低;（2）由于俯仰操纵效能的降低,飞翼布局飞机的起飞、着陆性能就变得很差;（3）飞翼式布局飞机没有水平安定面,因而纵向稳定性下降,甚至静不稳定;飞翼布局的飞机没有垂直尾翼和方向舵,其侧向自然稳定性也下降。因此,飞翼布局的飞行器其控制系统的控制性能及其鲁棒

3、性能要求更高,才能弥补飞翼布局无人机的缺点。2021/9/143.什么是鲁棒控制？2021/9/143.什么是鲁棒控制？传统控制方法：给定一个受控对象控制器控制性能PCS2021/9/143.什么是鲁棒控制？鲁棒控制方法：给定一个受控对象族P.SCS.S控制器控制性能2021/9/143.什么是鲁棒控制？定义：鲁棒控制是针对模型的不确定问题提出的,其研究重点是讨论控制系统的某种性能或某个指标在某种扰动下保持不变的程度。假定系统的传递函数属于一个集合(因为系统不确定性存在,所以传递函数可能有多个),考察反馈系统的特性,给定一个控

4、制器,如果集合中的每一个对象都能保持对这种特性成立,则称该控制器对此性能是鲁棒的。鲁棒性能的一般含义是指集合的所有对象都满足内稳定和另外特性的性能。4.什么是H∞鲁棒控制？主要的鲁棒控制理论有：（1）Kharitonov区间理论（2）H∞控制理论；（3）结构奇异值理论（μ理论）鲁棒H∞控制器研究参数摄动情况下的扰动抑制问题,使得系统在有外部扰动和参数摄动的情况下仍能保持鲁棒稳定。简单的说定义就是，一个性能指标：输出对干扰的H∞泛数小于一个极小值，主要研究的就是抑制干扰和不确定性。对于反馈系统如果P(s)具有误差，那么相应地开环

5、和闭环频率特性也具有误差其中K(s)为控制器，w为干扰信号，r为参考输入，u为控制输入，e为控制误差信号，y为输出信号。系统的开环和闭环频率特性为-ryP(s)kK(s)ewu其中体现了开环特性的相对偏差到闭环频率特性的增益，因此，如果我们在设计控制器K时，能够使S的增益足够小，即分别为开环和闭环频率特性的标称函数，简单的推导可得而传递函数那么闭环特性的偏差将会抑制在工程允许的范围内。传递函数S(s)称为系统的灵敏度函数。实际上S(s)还等于干扰w到输出的闭环传递函数，因此减小S(s)的增益就等价于减小干扰对控制误差的影响。引

6、入定义其中表示最大奇异值，即H控制问题即为对于给定的>0，设计控制器K使得闭环系统稳定且满足H理论中考虑干扰信号是不确定的，而是属于一个可描述集L2中包含的是能量有限的信号。考虑抑制干扰wL2对系统性能的影响，为此引入表示干扰抑制水准的标量，求控制器K使得满足z为输出信号。定义其中Tzw(s)为由w至z的闭环传递函数，则(1)等价于求使最小的控制器K就是H最优设计问题。5.基于LMI的鲁棒H∞控制方法理论的飞翼布局无人机增稳控制律设计某型飞翼布局无人机本体是一个纵向静不稳定的飞机,其动态品质具有纵向短周期发散的

7、特性。下面采用鲁棒H∞控制理论对该无人机进行纵向增稳设计,将不稳定的飞翼无人机通过增稳控制系统转变为一个纵向品质较好的等效系统。通常纵向增稳系统采用迎角α,法向过载nz(或法向加速度an)和角速率q信号至升降舵作为反馈,或是它们的组合作为增稳系统的回路。本文采用的方法要实现状态量的四路反馈,控制系统结构如图2所示,控制律为:2021/9/14迎角α,法向过载nz，角速率q，俯仰角θ纵向增稳系统以某飞翼布局无人机在高度为16km,速度为017Ma定直平飞状态为例进行增稳控制律设计,配平迎角α0为210217°,升降舵偏角δe0为

8、-314293°2021/9/14无人机运动状态方程为:2021/9/142021/9/14利用LMI工具箱中的求解器Mincx算得:K=[-013144,013891,417572,2213779]。计算飞翼布局无人机纵向长、短周期模态特性分别为:短周期模态:λs=-416