變形翼分布式協(xié)同控制技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)固定機(jī)翼飛行器的設(shè)計(jì)受限制于多種任務(wù)之間沖突的要求。隨著新型智能材料的發(fā)展以及對(duì)飛機(jī)性能的不斷追求，變形翼的概念應(yīng)運(yùn)而生。變形翼飛機(jī)能夠改變機(jī)翼外形，從而達(dá)到變換飛行器任務(wù)以及不用傳統(tǒng)操縱面來實(shí)現(xiàn)飛行控制的目的，具有執(zhí)行多種類型的飛行任務(wù)、實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)操縱面不可能實(shí)現(xiàn)的全新機(jī)動(dòng)、更省油、減少雷達(dá)反射面等優(yōu)點(diǎn)。美國和歐洲的一大批政府機(jī)構(gòu)、大學(xué)和公司正在變形翼研究項(xiàng)目上投入越來越多的資源，以期在不久的將來徹底改變制造和運(yùn)營飛機(jī)的成本。

2、>　　 本文首先設(shè)計(jì)了一種基于分布式智能舵機(jī)系統(tǒng)的變形翼模型，通過舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)蒙皮產(chǎn)生翼型變化?；谠撃Ｐ?，從變形翼的性能要求出發(fā)，為每個(gè)智能體定義一個(gè)局部代價(jià)函數(shù)，以此來協(xié)調(diào)智能體之間的動(dòng)態(tài)行為。利用代數(shù)圖論的相關(guān)知識(shí)重新描述局部代價(jià)函數(shù)中智能體信息交換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將變形翼系統(tǒng)解耦。提出一種分布式協(xié)同控制方案來驅(qū)動(dòng)變形翼達(dá)到期望翼型，并且在變化過程中保持翼面平滑。
　　 其次，分析了變形翼系統(tǒng)在采樣通信約束下的一致性收斂條

3、件。根據(jù)奈奎斯特判據(jù)的另一種公式，結(jié)合系統(tǒng)解耦的方法，推導(dǎo)出一種圖形化的系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。利用該條件以及切比雪夫多項(xiàng)式，推導(dǎo)出分布式協(xié)同控制器參數(shù)穩(wěn)定域的計(jì)算方法。考慮了智能體之間數(shù)據(jù)交換時(shí)延無法確定的情況。利用Lyapunov-Krasovskii穩(wěn)定性理論，通過解一個(gè)線性矩陣不等式組來保證變形翼系統(tǒng)的通信時(shí)延在一定范圍內(nèi)變化時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　 然后，分析了網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、智能體出現(xiàn)故障等情況下，變形翼系統(tǒng)的一致性收斂條

4、件?；谇懊嫣岢龅膱D形化判據(jù)，利用閉環(huán)特征多項(xiàng)式的凸性以及輻角原理等方法，提出了閉環(huán)系統(tǒng)在任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下魯棒穩(wěn)定的充分必要條件。然后，利用線性矩陣不等式的凸性，推導(dǎo)出變形翼系統(tǒng)在信息交換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信時(shí)延均不確定時(shí)，系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性判據(jù)。利用錐補(bǔ)線性化算法，給出了一種分布式的、與系統(tǒng)信息交換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的魯棒控制器的設(shè)計(jì)方法。
　　 隨后，研究了變形翼系統(tǒng)具有輸入約束以及受蒙皮影響時(shí)的穩(wěn)定性能。利用Karush-Kuhn-Tuc

5、ker充分必要條件、正不變集原理以及李雅普諾夫函數(shù)來構(gòu)造一個(gè)橢球集，使所有初始狀態(tài)在橢球集內(nèi)的智能體均能夠滿足變形翼的能量輸入約束。對(duì)于蒙皮的影響，建模智能體的動(dòng)力學(xué)模型并改進(jìn)前面提出的分布式協(xié)同控制律，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用Lyapunov-Krasovskii泛函，對(duì)變形翼系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定分析。
　　 最后，介紹了變形翼控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)由機(jī)柜、智能舵機(jī)模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊和上位機(jī)模塊四個(gè)部分組成，配以包括智能舵機(jī)采樣控制程序和上位機(jī)