多變量的自適應擾動抑制方法及飛行器的湍流補償技術.pdf

1、本論文主要研究多變量系統(tǒng)的自適應擾動抑制方法及其應用研究：飛行器的湍流補償技術，主要從兩個角度深入分析和研究相應的自適應擾動抑制技術：最小相位系統(tǒng)的擾動抑制控制和非最小相位系統(tǒng)的擾動抑制控制。
　　針對具有不確定的系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動的最小相位系統(tǒng)，將進一步發(fā)展多變量的模型參考自適應控制(MRAC)技術，以建立一套基于MRAC的擾動抑制理論體系，同時將其用于解決飛行器的湍流補償控制問題。主要內(nèi)容有：
　　(1)針對具有一

2、般形式關聯(lián)矩陣的線性系統(tǒng)，研究基于多變量MRAC的擾動抑制技術，從而保證系統(tǒng)存在不確定系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動的情況下仍實現(xiàn)期望的系統(tǒng)穩(wěn)定和輸出跟蹤性能。首先，基于關聯(lián)矩陣的結構形式，建立控制器設計的相對階條件，此設計條件對發(fā)展狀態(tài)反饋或輸出反饋的MRAC控制器尤為重要。在此條件下，針對參數(shù)和擾動均已知的情況，研究標稱的控制設計技術；針對系統(tǒng)參數(shù)和擾動均未知的系統(tǒng)，設計一套基于MRAC的自適應擾動抑制控制技術；同時，為了處理高頻增益矩陣

3、的不確定性，分別采用矩陣的LDS, LDU及SDU分解技術，以放松多變量MRAC的設計條件。所設計的自適應控制技術可以保證所有閉環(huán)系統(tǒng)信號是有界的，同時可以實現(xiàn)期望的擾動補償和輸出跟蹤性能。
　　(2)針對大氣湍流中的飛行器系統(tǒng)，研究一種多變量的自適應擾動抑制技術，從而保證飛行器在大氣湍流中的安全飛行。為此，首先深入分析大氣湍流中飛行器系統(tǒng)的線性和非線性系統(tǒng)模型特性及湍流風擾動的影響；進而，引入系統(tǒng)的控制相對階和擾動相對階，以推導

4、出飛行器湍流補償控制的關鍵設計條件。在此設計條件下，針對具有已知系統(tǒng)參數(shù)和已知擾動的系統(tǒng)，建立標稱基于狀態(tài)反饋的湍流補償控制器，以實現(xiàn)理想的湍流補償和輸出跟蹤；繼而針對參數(shù)未知的情況，設計多變量自適應擾動抑制技術，以有效解決飛行器的湍流補償控制問題。
　　(3)針對具有不確定的系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動的多變量非線性系統(tǒng)，發(fā)展基于反饋線性化的自適應擾動抑制技術。通過定義系統(tǒng)的控制相對階和擾動相對階，引入非線性系統(tǒng)擾動補償控制的設計條

5、件。在相對階條件下，針對系統(tǒng)參數(shù)和擾動均已知的情況，研究標稱的基于反饋線性化的擾動抑制方案；進而，針對參數(shù)和擾動均未知的情況，設計基于反饋線性化技術的自適應擾動抑制方案，為此，引入自適應參數(shù)投影算法，保證控制增益矩陣估計值的非奇異性。最后，給出完整的穩(wěn)定性分析；并將其用于解決非線性飛行器的湍流補償控制問題。
　　針對具有不確定系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動的非最小相位系統(tǒng)，采用LQ控制技術，建立一套基于控制分離的自適應LQ擾動抑制技術，

6、并將其用于解決飛行器系統(tǒng)的湍流補償問題和執(zhí)行器故障補償問題。主要內(nèi)容有：
　　(4)考慮具有不確定系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動的多變量連續(xù)線性系統(tǒng)，采用改進的哈密頓函數(shù)(Hamiltonian)技術，設計一種新的自適應LQ擾動抑制技術。首先，通過提出一種新的能量函數(shù)，建立一種基于控制分離的LQ控制框架。采用一種新的哈密頓函數(shù)，發(fā)展基于控制分離的有限時間和無限時間的LQ擾動抑制控制技術，以實現(xiàn)一種期望的控制分離。與傳統(tǒng)的LQ控制技術相比

7、較，進行系統(tǒng)性能分析。針對系統(tǒng)參數(shù)和不匹配擾動均未知的情況，發(fā)展基于控制分離的自適應LQ擾動抑制技術，并設計穩(wěn)定的自適應律。將自適應LQ擾動抑制技術用于解決非最小相位的飛行器系統(tǒng)的湍流補償控制問題，以保證飛行器的安全飛行。
　　(5)針對具有不確定的冗余執(zhí)行器故障和不確定系統(tǒng)參數(shù)的離散線性系統(tǒng)，發(fā)展基于自適應LQ的執(zhí)行器故障補償方案。將執(zhí)行器故障信號視為一種不匹配的外部擾動信號，從而將執(zhí)行器故障補償問題轉化擾動抑制問題。通過引入一

8、種新的能量函數(shù)，建立基于控制分離的LQ擾動補償控制框架，即：將控制信號分為兩部分，其一是為了保證擾動補償(執(zhí)行器故障補償)，其二是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和輸出調節(jié)。在此框架下，針對參數(shù)已知的情況，系統(tǒng)地發(fā)展基于控制分離的LQ控制技術，包括：有限時間LQ控制技術，無限時間LQ控制技術以及基于狀態(tài)估計的LQ控制技術，同時給出詳細的系統(tǒng)性能分析；針對系統(tǒng)參數(shù)和執(zhí)行器故障均未知的情況，設計基于控制分離的自適應LQ故障補償控制方案，并給出完整的穩(wěn)定性分