多操縱面飛行器受限控制分配技術(shù)研究.pdf

1、為了提升飛行器的飛行性能和安全性，各軍事強國先后發(fā)展了具有先進(jìn)氣動布局的飛行器，這類飛行器通過配置多組新型操縱面以提高飛行器故障重構(gòu)能力、減少雷達(dá)反射面積、降低某些操縱面的關(guān)鍵系數(shù)，使飛行器具有控制冗余。在增加飛行器操縱面配置的同時，也使飛行器控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，如何協(xié)調(diào)操縱面偏轉(zhuǎn)組合，以使飛行器在滿足驅(qū)動器約束的前提下，達(dá)到飛行器操縱面冗余配置的設(shè)計目標(biāo)，實現(xiàn)優(yōu)化控制，是設(shè)計多操縱面飛行器的飛行控制系統(tǒng)亟需解決的問題。本文對具有多

2、操縱面冗余的飛行器的受限控制分配問題進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　首先，建立多操縱面飛行器飛行系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，通過引入控制分配器，構(gòu)造了多操縱面飛行器“主環(huán)+伺服環(huán)”的模塊化飛行控制結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，針對研究對象分別建立了飛行器和驅(qū)動器的數(shù)學(xué)模型，并基于非線性干擾觀測器提出了滑模飛行控制方法以產(chǎn)生進(jìn)行控制分配時所需的期望虛擬控制信號。
　　其次，考慮驅(qū)動器物理約束，將當(dāng)前時刻具有驅(qū)動器冗余配置的飛行器的各個操縱面的

3、物理約束劃分為多個網(wǎng)格，用蟻群算法按順序依次對各個操縱面的網(wǎng)格結(jié)點進(jìn)行搜索，得到臨時最優(yōu)解。同時利用模式搜索方法，以臨時最優(yōu)解為基點進(jìn)行探測搜索和模式移動得到全局最優(yōu)解，該最優(yōu)解作為控制分配結(jié)果。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的控制分配方法能較好的將期望虛擬控制輸入信號分配到各操縱面上。
　　隨后，針對操縱面控制舵效為非線性的情況，考慮操縱面速率與位置約束，研究了一種基于蟻群算法和差分進(jìn)化算法的混合優(yōu)化受限控制分配算法。該算法先將控制效能函

4、數(shù)分段線性化，由蟻群算法搜索得到最優(yōu)的一組分段區(qū)間，從而確定分段截點。同時由差分進(jìn)化算法搜索得到優(yōu)化后的截點參數(shù)。最后由分段截點和截點參數(shù)計算得到操縱面偏轉(zhuǎn)指令。仿真結(jié)果顯示，所設(shè)計的基于混合優(yōu)化分段線性控制分配方法能有效處理舵效為非線性條件下的多操縱面控制分配問題，并對過驅(qū)動系統(tǒng)指令具有很好的跟蹤效果。
　　接著，針對控制分配效率矩陣具有區(qū)間不確定的情形，先直接用非結(jié)構(gòu)魯棒最小二乘控制分配策略進(jìn)行控制分配。后將區(qū)間控制效率矩陣表

5、示成多面體不確定形式，研究了一種基于線性矩陣不等式的魯棒最小二乘受限控制分配方法。仿真結(jié)果表明，所研究的多操縱面飛行器控制分配策略能較好的應(yīng)對控制分配效率矩陣不確定的情形。
　　最后，針對驅(qū)動器模型多面體不確定情形的控制分配問題，研究了一種魯棒預(yù)測受限控制分配方法。該方法在建立驅(qū)動器系統(tǒng)的離散增廣系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過引入魯棒預(yù)測控制思想，將操縱面物理約束作為非對稱約束進(jìn)行處理，利用線性矩陣不等式方法實現(xiàn)了受限控制分配。仿真結(jié)果表明，所