多變量的自適應(yīng)擾動(dòng)抑制方法及飛行器的湍流補(bǔ)償技術(shù).pdf

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

2、般形式關(guān)聯(lián)矩陣的線性系統(tǒng)，研究基于多變量MRAC的擾動(dòng)抑制技術(shù)，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(dòng)的情況下仍實(shí)現(xiàn)期望的系統(tǒng)穩(wěn)定和輸出跟蹤性能。首先，基于關(guān)聯(lián)矩陣的結(jié)構(gòu)形式，建立控制器設(shè)計(jì)的相對(duì)階條件，此設(shè)計(jì)條件對(duì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)反饋或輸出反饋的MRAC控制器尤為重要。在此條件下，針對(duì)參數(shù)和擾動(dòng)均已知的情況，研究標(biāo)稱的控制設(shè)計(jì)技術(shù)；針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和擾動(dòng)均未知的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一套基于MRAC的自適應(yīng)擾動(dòng)抑制控制技術(shù)；同時(shí)，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(shù)，以放松多變量MRAC的設(shè)計(jì)條件。所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制技術(shù)可以保證所有閉環(huán)系統(tǒng)信號(hào)是有界的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)期望的擾動(dòng)補(bǔ)償和輸出跟蹤性能。
　　(2)針對(duì)大氣湍流中的飛行器系統(tǒng)，研究一種多變量的自適應(yīng)擾動(dòng)抑制技術(shù)，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(fēng)擾動(dòng)的影響；進(jìn)而，引入系統(tǒng)的控制相對(duì)階和擾動(dòng)相對(duì)階，以推導(dǎo)

4、出飛行器湍流補(bǔ)償控制的關(guān)鍵設(shè)計(jì)條件。在此設(shè)計(jì)條件下，針對(duì)具有已知系統(tǒng)參數(shù)和已知擾動(dòng)的系統(tǒng)，建立標(biāo)稱基于狀態(tài)反饋的湍流補(bǔ)償控制器，以實(shí)現(xiàn)理想的湍流補(bǔ)償和輸出跟蹤；繼而針對(duì)參數(shù)未知的情況，設(shè)計(jì)多變量自適應(yīng)擾動(dòng)抑制技術(shù)，以有效解決飛行器的湍流補(bǔ)償控制問題。
　　(3)針對(duì)具有不確定的系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動(dòng)的多變量非線性系統(tǒng)，發(fā)展基于反饋線性化的自適應(yīng)擾動(dòng)抑制技術(shù)。通過定義系統(tǒng)的控制相對(duì)階和擾動(dòng)相對(duì)階，引入非線性系統(tǒng)擾動(dòng)補(bǔ)償控制的設(shè)計(jì)條

5、件。在相對(duì)階條件下，針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和擾動(dòng)均已知的情況，研究標(biāo)稱的基于反饋線性化的擾動(dòng)抑制方案；進(jìn)而，針對(duì)參數(shù)和擾動(dòng)均未知的情況，設(shè)計(jì)基于反饋線性化技術(shù)的自適應(yīng)擾動(dòng)抑制方案，為此，引入自適應(yīng)參數(shù)投影算法，保證控制增益矩陣估計(jì)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(bǔ)償控制問題。
　　針對(duì)具有不確定系統(tǒng)參數(shù)和不匹配輸入擾動(dòng)的非最小相位系統(tǒng)，采用LQ控制技術(shù)，建立一套基于控制分離的自適應(yīng)LQ擾動(dòng)抑制技術(shù)，

6、并將其用于解決飛行器系統(tǒng)的湍流補(bǔ)償問題和執(zhí)行器故障補(bǔ)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(dòng)的多變量連續(xù)線性系統(tǒng)，采用改進(jìn)的哈密頓函數(shù)(Hamiltonian)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種新的自適應(yīng)LQ擾動(dòng)抑制技術(shù)。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(shí)間和無限時(shí)間的LQ擾動(dòng)抑制控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)一種期望的控制分離。與傳統(tǒng)的LQ控制技術(shù)相比

7、較，進(jìn)行系統(tǒng)性能分析。針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和不匹配擾動(dòng)均未知的情況，發(fā)展基于控制分離的自適應(yīng)LQ擾動(dòng)抑制技術(shù)，并設(shè)計(jì)穩(wěn)定的自適應(yīng)律。將自適應(yīng)LQ擾動(dòng)抑制技術(shù)用于解決非最小相位的飛行器系統(tǒng)的湍流補(bǔ)償控制問題，以保證飛行器的安全飛行。
　　(5)針對(duì)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(yīng)LQ的執(zhí)行器故障補(bǔ)償方案。將執(zhí)行器故障信號(hào)視為一種不匹配的外部擾動(dòng)信號(hào)，從而將執(zhí)行器故障補(bǔ)償問題轉(zhuǎn)化擾動(dòng)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(dòng)補(bǔ)償控制框架，即：將控制信號(hào)分為兩部分，其一是為了保證擾動(dòng)補(bǔ)償(執(zhí)行器故障補(bǔ)償)，其二是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和輸出調(diào)節(jié)。在此框架下，針對(duì)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(shù)，包括：有限時(shí)間LQ控制技術(shù)，無限時(shí)間LQ控制技術(shù)以及基于狀態(tài)估計(jì)的LQ控制技術(shù)，同時(shí)給出詳細(xì)的系統(tǒng)性能分析；針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和執(zhí)行器故障均未知的情況，設(shè)計(jì)基于控制分離的自適應(yīng)LQ故障補(bǔ)償控制方案，并給出完整的穩(wěn)定性分