魯棒多模型控制研究及其在直升機(jī)中的應(yīng)用.pdf

1、由于三自由度直升機(jī)系統(tǒng)存在強(qiáng)烈的非線性特性，并且具有模型攝動(dòng)和外界干擾等產(chǎn)生的不確定性等特性，是典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，所以設(shè)計(jì)精準(zhǔn)有效的控制器就變得十分困難。為了簡(jiǎn)單化控制器的設(shè)計(jì)，在一定條件下，將三自由度直升機(jī)的非線性模型進(jìn)行近似線性化，基于線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器(LQR)的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)出了LQR控制器。雖然LQR控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制，使線性系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的動(dòng)態(tài)性能，但是由于三自由度直升機(jī)系統(tǒng)具有模型攝動(dòng)和外界干擾等不確定性，

2、單純使用LQR控制很難對(duì)其進(jìn)行有效控制。所以在LQR控制的基礎(chǔ)上，應(yīng)用H∞魯棒控制理論設(shè)計(jì)出混合H2/H∞魯棒控制器。由于魯棒H∞控制可以有效處理系統(tǒng)的不確定性問題，使系統(tǒng)具有魯棒穩(wěn)定性。所以使用混合H2/H∞設(shè)計(jì)的控制器，可以使得整個(gè)直升機(jī)系統(tǒng)既可以得到優(yōu)良的系統(tǒng)性能，又可以使系統(tǒng)保持一定的魯棒穩(wěn)定性。當(dāng)直升機(jī)模型處于不同的飛行狀態(tài)時(shí)，其對(duì)于系統(tǒng)性能和魯棒穩(wěn)定性的側(cè)重度要求是不盡相同的。比如，當(dāng)直升機(jī)模型上升狀態(tài)時(shí)，需要較好的系統(tǒng)性能

3、，能夠快速跟蹤給定信號(hào)，有較小的超調(diào)量;而當(dāng)直升機(jī)模型平穩(wěn)飛行時(shí)，則需要較好的魯棒穩(wěn)定性。所以在混合H2/H∞魯棒控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)高度角的不同建立模型集，并根據(jù)直升機(jī)飛行狀態(tài)的不同，選擇不同的H∞性能指標(biāo)設(shè)計(jì)子控制器，然后采用加權(quán)的方式整合為全局控制器，這樣便設(shè)計(jì)出基于H2/H∞的多模型加權(quán)控制器。MATLAB仿真和半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。
　　本研究針對(duì)多模型加權(quán)控制在理論上分析較困難的缺點(diǎn)，基于H∞魯棒控制理

4、論和H2魯棒控制理論及切換系統(tǒng)相關(guān)理論，提出了一種魯棒保性能多模型切換控制方法。多模型切換控制最大的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是抑制切換點(diǎn)的抖動(dòng)，保證切換過程的平滑性。而本文提出的魯棒保性能切換控制器，將H∞魯棒控制理論應(yīng)用到每個(gè)子模型中和子模型切換過程中，不僅使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，還有效解決了系統(tǒng)里子模型之間進(jìn)行平滑切換的問題。并且將H2控制理論應(yīng)用于該直升機(jī)切換系統(tǒng)，使得該直升機(jī)系統(tǒng)保證了較好的系統(tǒng)性能。最后進(jìn)行了MATLAB仿真，結(jié)果證明了所提出