基于魯棒預(yù)測控制的高超聲速飛行器輸入飽和控制方法研究.pdf

1、高超聲速飛行器以其飛行速度快、突防能力強、飛行范圍廣等特點，在軍事和民用方面均得到了良好的應(yīng)用與發(fā)展。這些特點也導(dǎo)致高超聲速飛行器對其執(zhí)行機構(gòu)有了更高的要求。因此，對高超聲速飛行器執(zhí)行機構(gòu)飽和控制的研究具有極大的現(xiàn)實意義。據(jù)此，本文依次針對以下三方面進行研究:
　　針對帶有輸入飽和限制的高超聲速飛行器非線性縱向運動模型，提出一種魯棒模型預(yù)測控制器(RMPC)設(shè)計方法。利用雅克比線性化以及張量積(T-P)模型轉(zhuǎn)換方法，將非線性高超聲

2、速飛行器模型轉(zhuǎn)化為多胞線性參變(LPV)模型;在此基礎(chǔ)上，將輸入飽和表示為實際反饋控制律與輔助反饋控制律構(gòu)成的凸包，建立飽和RMPC控制器，并通過引入輔助矩陣來降低其保守性，利用線性矩陣不等式(LMI)求解，以保證輸入飽和條件下閉環(huán)系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性。通過與其它RMPC控制器的仿真比較，驗證了此方法的有效性。
　　為提高非線性模型的線性近似精度及有效的近似范圍，利用反饋線性化技術(shù)來實現(xiàn)精確線性化處理。本章首先針對帶有參數(shù)不確定

3、和輸入飽和的單輸入單輸出(SISO)仿射非線性系統(tǒng)。利用反饋線性化，將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為帶有擾動和狀態(tài)依賴輸入飽和的LPV模型，提出一種基于平方和(SOS)的RMPC設(shè)計方法。基于多胞RMPC控制器，設(shè)計加權(quán)狀態(tài)反饋控制律，通過引入范數(shù)有界定理，確保擾動下預(yù)測狀態(tài)收斂到不變集內(nèi)，并利用勒讓德多項式近似和SOS技術(shù)，將狀態(tài)依賴輸入飽和約束轉(zhuǎn)化為多項式凸優(yōu)化問題，以獲得實際和輔助狀態(tài)反饋律，所設(shè)計的SOS-RMPC控制器能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定

4、性且能夠有效解決輸入飽和問題。
　　為實現(xiàn)高超聲速飛行器的大包線飛行任務(wù)，利用SISO系統(tǒng)SOS-RMPC控制器設(shè)計方法，將帶有參數(shù)不確定和執(zhí)行機構(gòu)飽和的高超聲速飛行器縱向模型進行反饋線性化處理，獲得其帶有擾動的LPV模型，基于SOS技術(shù)和范數(shù)有界定理設(shè)計控制器。為提高計算效率，將高度和速度的多階導(dǎo)數(shù)表達式進行近似處理，并利用勒讓德多項式進行函數(shù)逼近，進而設(shè)計SOS-RMPC控制器，以保證飛行器在完成大包絡(luò)飛行任務(wù)的同時，滿足執(zhí)行