專利名稱：一種飛行器魯棒控制方法
技術領域：
本發明涉及一種飛行器魯棒控制方法，尤其涉及一種利用魯棒μ綜合控制器進行控制的大裕度飛行器的控制方法。
背景技術：
制空權在21世紀的國防保衛上重要性不言而喻，典型的空戰模式是首先用中遠距空-空導彈對敵機進行超視距首輪攻擊，然后在視距內用近距空-空導彈進行空中近距格斗，為了滿足現代空戰中近距格斗的需求，美國、歐洲、俄羅斯、以色列、南非等主要軍事強國和地區都在積極發展第四代紅外近距格斗導彈，以謀求在現代空戰中處于有利地位。 國內也正在著手先進紅外近距格斗彈的研制，以提升我國的軍事力量與技術水平，保衛我國領空不被侵犯。第四代空-空導彈為了滿足高機動性的要求，常采用大攻角飛行策略，由于通道間交叉耦合、慣性耦合和氣動力非線性的緣故，空-空導彈的運動表現出強非線性和變參數特性，在用傳統的方法設計空-空導彈的控制系統時，數學模型的建立通常基于“參數固化”和“小擾動”。這樣，傳統的設計方法在所根據的模型上就存在對非線性系統的未解耦小偏差線性化處理以及對系統的不確定性和未建模動態的處理兩個問題。傳統的經典控制方法很難滿足設計要求。大攻角飛行條件下導彈動力學特性的復雜性難以建立較為準確的數學模型，以及不斷發展的推力矢量控制、直接力側噴控制等新興復合控制技術，都要求空-空導彈自動駕駛儀設計應基于現代控制理論的魯棒控制方法。當今國外第四代空空導彈自動駕駛儀設計大多采用了基于現代控制理論的魯棒控制設計方法進行控制器設計并獲得成功，如歐洲多國聯合研制的^IS-T空空導彈正是應用μ綜合設計的魯棒駕駛儀。設計μ綜合控制器的主要工作在于設計之初的大量前期投入，比如不確定性評估、模型重構(構建廣義控制對象)、性能指定和迭代控制器的權函調整等等，當然其中的部分工作目前已由數學軟件μ-tools替代，極大地簡化了多變量控制器的設計。另一方面，也看到應用P綜合方法設計的魯棒控制器在設計中已兼顧了各類擾動、模型中不確定性和參數攝動影響，無保守地分析系統的魯棒性，并有效地折衷了魯棒穩定性和魯棒性能。 因此μ綜合可用于設計大機動、高度復雜的空-空導彈的魯棒控制器，這體現了 μ綜合設計新一代空-空導彈控制器方面的優越性。然而，空-空導彈是高階動力學系統，應用μ綜合設計的控制器具有與模型可比的階次。由結構奇異值的D-K迭代近似算法知道，μ綜合整合了結構奇異值非保守性分析結構式不確定性的優勢和H00控制理論具有使系統的魯棒穩定性和魯棒性能在H00范數意義下統一的優勢，μ綜合控制器本質上是一個不斷數值擬合凸優化的H00控制器；且最終設計的控制器與多項式擬合尺度矩陣D有極大的相關性，因為擬合后互聯結構為D ( OD-1JIW 的狀態數為擬合矩陣的階次與全塊的大小乘積的兩倍。由于H00控制器的階次等價于設計框架內帶權(實現指定控制目標的性能權函數以及規范化不確定性的權函數)標稱模型的狀態數(一般高于原始模型階次)，因此最終控制器的階次為標稱系統狀態數與增加的狀態數之和，其值比模型的狀態數翻番、幾倍甚至十幾倍。可見，μ綜合控制器的強魯棒性是在犧牲控制器階次的前提下獲得的。從μ綜合控制器的最終設計結果，這類控制器最主要的缺陷在于數學形式的復雜性信息量豐富、規模大階次高且結構復雜，全包線范圍內更是需要多個這樣的控制器在線調度，如此復雜的控制器對于工程師而言還是會望而生畏，畢竟低階的控制器在硬件中出錯率低、軟件中缺陷少、便于實現，故其可靠性高且易維護。現有的彈載處理器對于處理像PID這類簡單結構的一兩階的低階控制器綽綽有余，但是如此高階的控制器對于彈載處理器而言將是極大的負荷目前的控制器必然會受到來至實際機器控制器單元的限制，比如有限計算能力、采樣時間、浮點算法和控制器的數值條件，這時彈載處理器的有限精度算法就不太適應，相應的計算量也隨著控制器階次的提高呈幾何級數增長。由于快速吞吐量次的計算負擔，有可能造成時滯延遲，實時實現這類高階控制器將異常困難。顯然低階線性控制器除了易理解可靠性高外，在計算量與實現上較高階控制器優越很多，工程應用中低階控制器往往更受親睞，因此希望設計一種既能保持現有μ綜合控制器大范圍高性能鎮定被控對象的優點又只有較小運算量的低階控制器。假設由三輪D-K迭代后設計的線性控制器為K(S)，轉化為狀態空間后有如下形
式
權利要求
1. 一種飛行器魯棒控制方法，對魯棒μ綜合控制器進行實時解算，其特征在于，所述對魯棒μ綜合控制器進行實時解算，包括以下步驟步驟 ι 、 將魯棒 μ 綜合控制器轉化為以下的狀態空間形式，，
2.如權利要求1所述飛行器魯棒控制方法，其特征在于，所述步驟2具體包括 步驟201、將狀態方程 按隱式歐拉差分格式轉化為差分方程 即采樣周期； 步驟202、把上述差分方程中的右端項/(Χ( -》)按一次牛頓迭代W得則方分 差到 入代步驟203、對上式進行分離變量合并同類項，并將+ = d代入，則得到如下的顯式歐拉3c差分方程組
3.如權利要求2所述飛行器魯棒控制方法，其特征在于，步驟3中引入的外推子列為⑷。
全文摘要
本發明公開了一種飛行器魯棒控制方法。本發明方法利用牛頓迭代法將一階隱式差分格式轉化為一階顯式差分格式，這樣避免了隱式格式中的重復迭代帶來的計算開銷以及設置連續二次迭代結果差異的閾值估計麻煩；同時引入多項式外推，對每次結果進行修正，提高收斂速度，從而滿足控制系統實時性要求。相比現有技術，本發明方法具有更好的收斂性和實時性，對硬件性能要求更低。
文檔編號G05B13/04GK102566427SQ201210003849
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者張民, 臧月進, 陳欣 申請人:南京航空航天大學