魯棒多模型控制研究及其在直升機中的應用.pdf

1、由于三自由度直升機系統(tǒng)存在強烈的非線性特性，并且具有模型攝動和外界干擾等產(chǎn)生的不確定性等特性，是典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，所以設計精準有效的控制器就變得十分困難。為了簡單化控制器的設計，在一定條件下，將三自由度直升機的非線性模型進行近似線性化，基于線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器(LQR)的設計原理設計出了LQR控制器。雖然LQR控制實現(xiàn)了對線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制，使線性系統(tǒng)達到最優(yōu)的動態(tài)性能，但是由于三自由度直升機系統(tǒng)具有模型攝動和外界干擾等不確定性，

2、單純使用LQR控制很難對其進行有效控制。所以在LQR控制的基礎上，應用H∞魯棒控制理論設計出混合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∞設計的控制器，可以使得整個直升機系統(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。當直升機模型處于不同的飛行狀態(tài)時，其對于系統(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，當直升機模型上升狀態(tài)時，需要較好的系統(tǒng)性能

3、，能夠快速跟蹤給定信號，有較小的超調(diào)量;而當直升機模型平穩(wěn)飛行時，則需要較好的魯棒穩(wěn)定性。所以在混合H2/H∞魯棒控制的基礎上，根據(jù)高度角的不同建立模型集，并根據(jù)直升機飛行狀態(tài)的不同，選擇不同的H∞性能指標設計子控制器，然后采用加權(quán)的方式整合為全局控制器，這樣便設計出基于H2/H∞的多模型加權(quán)控制器。MATLAB仿真和半實物實時仿真實驗證明了該方法的有效性。
　　本研究針對多模型加權(quán)控制在理論上分析較困難的缺點，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計難點是抑制切換點的抖動，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∞魯棒控制理論應用到每個子模型中和子模型切換過程中，不僅使系統(tǒng)具有較強的魯棒性，還有效解決了系統(tǒng)里子模型之間進行平滑切換的問題。并且將H2控制理論應用于該直升機切換系統(tǒng)，使得該直升機系統(tǒng)保證了較好的系統(tǒng)性能。最后進行了MATLAB仿真，結(jié)果證明了所提出