专利名称：一种飞行器鲁棒控制方法
技术领域：
本发明涉及一种飞行器鲁棒控制方法，尤其涉及一种利用鲁棒μ综合控制器进行控制的大裕度飞行器的控制方法。
背景技术：
制空权在21世纪的国防保卫上重要性不言而喻，典型的空战模式是首先用中远距空-空导弹对敌机进行超视距首轮攻击，然后在视距内用近距空-空导弹进行空中近距格斗，为了满足现代空战中近距格斗的需求，美国、欧洲、俄罗斯、以色列、南非等主要军事强国和地区都在积极发展第四代红外近距格斗导弹，以谋求在现代空战中处于有利地位。 国内也正在着手先进红外近距格斗弹的研制，以提升我国的军事力量与技术水平，保卫我国领空不被侵犯。第四代空-空导弹为了满足高机动性的要求，常采用大攻角飞行策略，由于通道间交叉耦合、惯性耦合和气动力非线性的缘故，空-空导弹的运动表现出强非线性和变参数特性，在用传统的方法设计空-空导弹的控制系统时，数学模型的建立通常基于“参数固化”和“小扰动”。这样，传统的设计方法在所根据的模型上就存在对非线性系统的未解耦小偏差线性化处理以及对系统的不确定性和未建模动态的处理两个问题。传统的经典控制方法很难满足设计要求。大攻角飞行条件下导弹动力学特性的复杂性难以建立较为准确的数学模型，以及不断发展的推力矢量控制、直接力侧喷控制等新兴复合控制技术，都要求空-空导弹自动驾驶仪设计应基于现代控制理论的鲁棒控制方法。当今国外第四代空空导弹自动驾驶仪设计大多采用了基于现代控制理论的鲁棒控制设计方法进行控制器设计并获得成功，如欧洲多国联合研制的^IS-T空空导弹正是应用μ综合设计的鲁棒驾驶仪。设计μ综合控制器的主要工作在于设计之初的大量前期投入，比如不确定性评估、模型重构(构建广义控制对象)、性能指定和迭代控制器的权函调整等等，当然其中的部分工作目前已由数学软件μ-tools替代，极大地简化了多变量控制器的设计。另一方面，也看到应用P综合方法设计的鲁棒控制器在设计中已兼顾了各类扰动、模型中不确定性和参数摄动影响，无保守地分析系统的鲁棒性，并有效地折衷了鲁棒稳定性和鲁棒性能。 因此μ综合可用于设计大机动、高度复杂的空-空导弹的鲁棒控制器，这体现了 μ综合设计新一代空-空导弹控制器方面的优越性。然而，空-空导弹是高阶动力学系统，应用μ综合设计的控制器具有与模型可比的阶次。由结构奇异值的D-K迭代近似算法知道，μ综合整合了结构奇异值非保守性分析结构式不确定性的优势和H00控制理论具有使系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能在H00范数意义下统一的优势，μ综合控制器本质上是一个不断数值拟合凸优化的H00控制器；且最终设计的控制器与多项式拟合尺度矩阵D有极大的相关性，因为拟合后互联结构为D ( OD-1JIW 的状态数为拟合矩阵的阶次与全块的大小乘积的两倍。由于H00控制器的阶次等价于设计框架内带权(实现指定控制目标的性能权函数以及规范化不确定性的权函数)标称模型的状态数(一般高于原始模型阶次)，因此最终控制器的阶次为标称系统状态数与增加的状态数之和，其值比模型的状态数翻番、几倍甚至十几倍。可见，μ综合控制器的强鲁棒性是在牺牲控制器阶次的前提下获得的。从μ综合控制器的最终设计结果，这类控制器最主要的缺陷在于数学形式的复杂性信息量丰富、规模大阶次高且结构复杂，全包线范围内更是需要多个这样的控制器在线调度，如此复杂的控制器对于工程师而言还是会望而生畏，毕竟低阶的控制器在硬件中出错率低、软件中缺陷少、便于实现，故其可靠性高且易维护。现有的弹载处理器对于处理像PID这类简单结构的一两阶的低阶控制器绰绰有余，但是如此高阶的控制器对于弹载处理器而言将是极大的负荷目前的控制器必然会受到来至实际机器控制器单元的限制，比如有限计算能力、采样时间、浮点算法和控制器的数值条件，这时弹载处理器的有限精度算法就不太适应，相应的计算量也随着控制器阶次的提高呈几何级数增长。由于快速吞吐量次的计算负担，有可能造成时滞延迟，实时实现这类高阶控制器将异常困难。显然低阶线性控制器除了易理解可靠性高外，在计算量与实现上较高阶控制器优越很多，工程应用中低阶控制器往往更受亲睐，因此希望设计一种既能保持现有μ综合控制器大范围高性能镇定被控对象的优点又只有较小运算量的低阶控制器。假设由三轮D-K迭代后设计的线性控制器为K(S)，转化为状态空间后有如下形
式
权利要求
1. 一种飞行器鲁棒控制方法，对鲁棒μ综合控制器进行实时解算，其特征在于，所述对鲁棒μ综合控制器进行实时解算，包括以下步骤步骤 ι 、 将鲁棒 μ 综合控制器转化为以下的状态空间形式，，
2.如权利要求1所述飞行器鲁棒控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括 步骤201、将状态方程 按隐式欧拉差分格式转化为差分方程 即采样周期； 步骤202、把上述差分方程中的右端项/(Χ( -》)按一次牛顿迭代W得则方分 差到 入代步骤203、对上式进行分离变量合并同类项，并将+ = d代入，则得到如下的显式欧拉3c差分方程组
3.如权利要求2所述飞行器鲁棒控制方法，其特征在于，步骤3中引入的外推子列为⑷。
全文摘要
本发明公开了一种飞行器鲁棒控制方法。本发明方法利用牛顿迭代法将一阶隐式差分格式转化为一阶显式差分格式，这样避免了隐式格式中的重复迭代带来的计算开销以及设置连续二次迭代结果差异的阈值估计麻烦；同时引入多项式外推，对每次结果进行修正，提高收敛速度，从而满足控制系统实时性要求。相比现有技术，本发明方法具有更好的收敛性和实时性，对硬件性能要求更低。
文档编号G05B13/04GK102566427SQ201210003849
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者张民, 臧月进, 陈欣 申请人:南京航空航天大学