降維魯棒變增益控制算法及其在飛行器控制中的套用

《降維魯棒變增益控制算法及其在飛行器控制中的套用》是依託上海交通大學，由陸蓓擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：降維魯棒變增益控制算法及其在飛行器控制中的套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸蓓
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

先進飛行控制系統是實現國家航空工業中長期發展規劃的重大工程技術之一。為保證飛行安全和提高飛行品質，現代飛行控制系統必需解決包括非線性、時變性及不確定性等問題。LPV控制方法是將H∞魯棒控制線上性時不變系統的套用擴展到非線性時變系統，可處理參數及動力學模型的不確定性等問題。近年來該方法在飛行控制領域成為研究的熱點，但控制器的高維數嚴重阻礙其實際套用。為縮小理論和套用之間的差距，本項目將研究降維LPV控制算法，並套用于飛行器控制。該算法將從理論上保證飛機在大包線內正常飛行時或遭遇突髮狀況時的安全性和飛行品質。另外，將設計和開發基於大型客機並可擴展於其他機型的開放式計算機仿真和人在迴路仿真平台，實驗驗證降維LPV控制算法。研究成果不僅為進一步推動LPV控制方法的發展和套用提供實驗驗證的平台，也為最終將LPV控制方法實際套用到飛行控制系統提供理論基礎和實驗結果的支持。

結題摘要

先進飛行控制系統是實現國家航空工業中長期發展規劃的重大工程技術之一。為保證飛行安全和提高飛行品質，現代飛行控制系統必需解決包括非線性、時變性及不確定性等問題。基於線性參數變化系統的魯棒變增益控制（簡稱LPV控制）是將H∞魯棒控制線上性時不變系統的套用擴展到非線性時變系統，可處理參數及動力學模型的不確定性等問題，近年來該方法在飛行控制領域成為研究的熱點，但控制器多為動態輸出反饋形式，結構複雜，階次較高，嚴重阻礙其實際套用。另一方面，經典的變增益比例-積分-微分（PID）控制方法由於其控制器具有結構簡單、易於實現的優點在航空工業得到了廣泛套用，但在理論上，該方法缺乏嚴格的證明保證系統在飛行狀態變化時的穩定性，而且也忽略考慮非線性、不確定性等情況。為縮小理論和套用間的差距，本項目將先進LPV控制理論與經典PID控制方法相結合，發展LPV-PID控制算法，即在LPV控制理論的框架下設計具有固定PID結構的控制器，並套用于飛行器控制。但是，這類LPV-PID控制綜合問題涉及以雙線性矩陣不等式表示的約束條件，屬於非凸最佳化的問題，難以獲取全局最優解。為此，本項目將LPV-PID控制轉換為靜態輸出反饋控制問題，推導出以線性矩陣不等式表示的控制綜合條件，保證閉環穩定性，並達到以H∞範數表示的系統性能最最佳化，實現LPV-PID控制器的全局最佳化設計。這一算法已用於設計飛機在大包線內飛行時的控制系統，並通過非線性仿真驗證其有效性，後期將通過模擬器仿真和無人機試驗對該算法進行全面測試。這一研究成果將先進LPV控制理論與經典PID控制結構相結合，面向實際工程套用，為最終將LPV控制方法實際套用到飛控系統的設計、提高現有基於PID控制的飛控系統的性能，提供了理論基礎和實驗驗證。