基于非线性干扰观测器的高超声速飞行器离线预测控制方法

针对高超声速飞行器存在参数不确定和外界强干扰的纵向非线性模型,结合非线性干扰观测器的干扰辨识能力和离线预测控制显式处理系统约束的优点,提出一种基于非线性干扰观测器的离线预测控制方法。首先针对标称情况下的纵向模型,引用多面体不变集理论,设计离线预测控制器;然后在存在干扰的情况下,采用非线性干扰观测器估计未知干扰,并设计合适的补偿增益,对离线预测控制器进行补偿,提高其鲁棒性。仿真结果表明,该控制器不仅能够有效抑制干扰,而且保证系统状态和控制输入在给定的约束范围内,实现速度和高度指令的精确跟踪。

基于离线预测控制的旋转尾翼稳定弹解耦控制器设计

低速旋转尾翼稳定弹飞行过程中存在着气动交联、惯性交联和控制交联,为了实现稳定飞行,有必要进行解耦控制器设计。鉴于模型预测控制方法虽然具有较好的解耦能力和对建模精度要求不高的优点,但存在计算量大的问题,为此提出一种基于指令滤波器的离线模型预测控制方法。通过离线求解控制参数阵和在线查表应用的方式,将大量计算工作转为离线进行,以满足实时控制需求。将指令状态和系统输出跟踪误差积分引入预测模型中,充分利用被控对象和指令模型的动态特性,使得离线求解的控制参数阵能够较好地应对指令信号的变化。基于旋转尾翼稳定弹姿态控制进行仿真,对算法的有效性进行了验证,结果表明所设计的控制器能够确保飞行指令的稳定跟踪。

高超声速飞行器的调度离线预测控制

本文将调度预测控制的思想应用于离线鲁棒预测控制,设计了高超声速飞行器计算有效的调度离线预测控制器.首先在不同的平衡点离线设计一系列控制规则,实际实施时只需要在不同的控制器之间进行切换,避免进行在线优化,大幅度减少了在线计算时间.通过估计局部控制器的稳定域,保证了切换控制器的稳定性.另外在确保良好控制品质的同时,还能够保证所有输入和状态均在给定约束范围.仿真试验表明,提出的方法能实现速度和高度较大范围的指令跟踪,所有输入和状态均在给定约束范围内;相比于在线鲁棒预测控制方法,仿真运行时间减少,可以实现高超声速飞行器的实时控制.

离线方法与在线优化相结合的混合型鲁棒预测控制

通过加入自由摄动量和采用在线优化来扩大离线鲁棒预测控制的吸引域。当状态位于离线预测控制的吸引域之外时,在线求解简单的优化问题,得到一个较大的椭圆型吸引域;当状态位于这个较大椭圆型区域的外面时,在线求解1个标准的鲁棒预测控制问题,使得整个吸引域变为一个大得多的非椭圆型区域。提出的方法具有离线预测控制的所有优点,并且大范围地扩大了吸引域,给出仿真例子显示其效果。

输入受限不确定广义系统的离线鲁棒预测控制

针对带有输入约束的多面体不确定广义系统,利用线性矩阵不等式和椭圆不变集方法,提出了一种离线鲁棒预测控制算法.该算法在输入受限的条件下,将一部分在线计算转移到离线设计上,离线部分的设计降低了在线优化问题的计算量.数值仿真验证了算法的可行性.

基于多LPV模型的调度离线鲁棒预测控制

针对一类具有大工作区域和快时变特性的约束非线性系统,采用多个线性参数时变(LPV)模型近似描述原非线性系统.对于各LPV模型,设计基于参数独立Lyapunov函数的局部离线预测控制器.构造各局部控制器间的切换策略,在保证切换稳定性的同时,使相互重叠的稳定域覆盖期望的工作区域.仿真结果表明,相比于已有的调度预测控制方法,所提出的方法不仅能够保证控制输入在给定的约束范围内,而且在局部控制器切换次数少的情况下,获得良好的控制性能.