《基於切換系統理論的變體飛行器姿態控制系統設計研究》是依託北京航空航天大學，由董朝陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於切換系統理論的變體飛行器姿態控制系統設計研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：董朝陽
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
變體飛行器的外形結構可隨飛行環境和任務自適應變化，滿足空天運輸和國土防禦作戰需求，其有望成為新一代飛行器實現突破性發展的基礎，具有十分重要的研究價值。變體飛行器控制系統設計的關鍵是解決大飛行包線下的姿態控制系統設計問題。為此，本項目首先引入凸包分析和聚類分析，詳細地、有層次地建立變體飛行器的切換多胞系統模型，以刻畫飛行包線內的動力學特性；而後，基於局部重疊切換系統概念和奇異攝動理論，開展變體飛行器的穩定性分析，定量描述飛行穩定性與參數變化速率之間的關係；最後，結合前述的穩定性分析判據以及圖論理論，提出變體飛行器姿態控制系統最優綜合方法，規避傳統設計方法難以適應參數大範圍快速變化的技術局限，提供開放的設計框架，允許工程人員繼承以往成熟的設計經驗。本項目力求為變體飛行器姿態控制系統設計提供一條高效、可行的途徑，為我國變體飛行器控制系統的先期研製奠定良好的理論基礎和工程依據。
結題摘要
本項目基於切換系統理論，研究了變體飛行器的建模、控制系統穩定性分析與控制器綜合等問題。 在變體飛行器建模方面，推導了變體飛行器非線性模型，並進一步得到變體飛行器切換多胞模型、切換LPV模型以及切換多胞LPV模型，所得模型能很好地刻畫變體飛行器物理特性、氣動特性與構型的依賴關係。採用局部重疊切換系統描述變體飛行器，保證了切換過程的平滑性。 在變體飛行器穩定性分析方面，首先基於線性切換系統模型，研究了飛行器控制系統有限時間有界、符號穩定、全局穩定及指數穩定的條件。採用模態依賴平均駐留時間方法，充分利用各個子系統的特徵，降低了保守性。基於自抗擾控制方法，分析了存在執行機構飽和情況下非線性系統模型的穩定性。 在變體飛行器控制器綜合方面，基於切換多胞系統理論、切換LPV系統理論研究了飛行器抗干擾控制、平滑切換控制、故障檢測、容錯控制與異步切換控制等問題，使得變體飛行器在變形過程中實現姿態的精確跟蹤，以及大包線飛行良好的穩定性和魯棒性。此外，基於自抗擾控制，設計了能夠保證系統穩定的抗飽和非線性控制系統，保證了系統的穩定性和魯棒性。
