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(qiáng)國(guó)先后發(fā)展了具有先進(jìn)氣動(dòng)布局的飛行器，這類(lèi)飛行器通過(guò)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(shí)，也使飛行器控制系統(tǒng)變得越來(lái)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(mǎn)足驅(qū)動(dòng)器約束的前提下，達(dá)到飛行器操縱面冗余配置的設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，是設(shè)計(jì)多操縱面飛行器的飛行控制系統(tǒng)亟需解決的問(wèn)題。本文對(duì)具有多

2、操縱面冗余的飛行器的受限控制分配問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?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(guò)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(duì)研究對(duì)象分別建立了飛行器和驅(qū)動(dòng)器的數(shù)學(xué)模型，并基于非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器提出了滑模飛行控制方法以產(chǎn)生進(jìn)行控制分配時(shí)所需的期望虛擬控制信號(hào)。
　　其次，考慮驅(qū)動(dòng)器物理約束，將當(dāng)前時(shí)刻具有驅(qū)動(dòng)器冗余配置的飛行器的各個(gè)操縱面的

3、物理約束劃分為多個(gè)網(wǎng)格，用蟻群算法按順序依次對(duì)各個(gè)操縱面的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索，得到臨時(shí)最優(yōu)解。同時(shí)利用模式搜索方法，以臨時(shí)最優(yōu)解為基點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)搜索和模式移動(dòng)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(jì)的控制分配方法能較好的將期望虛擬控制輸入信號(hào)分配到各操縱面上。
　　隨后，針對(duì)操縱面控制舵效為非線(xiàn)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(xiàn)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(diǎn)。同時(shí)由差分進(jìn)化算法搜索得到優(yōu)化后的截點(diǎn)參數(shù)。最后由分段截點(diǎn)和截點(diǎn)參數(shù)計(jì)算得到操縱面偏轉(zhuǎn)指令。仿真結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的基于混合優(yōu)化分段線(xiàn)性控制分配方法能有效處理舵效為非線(xiàn)性條件下的多操縱面控制分配問(wèn)題，并對(duì)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)指令具有很好的跟蹤效果。
　　接著，針對(duì)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(xiàn)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(duì)控制分配效率矩陣不確定的情形。
　　最后，針對(duì)驅(qū)動(dòng)器模型多面體不確定情形的控制分配問(wèn)題，研究了一種魯棒預(yù)測(cè)受限控制分配方法。該方法在建立驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的離散增廣系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)引入魯棒預(yù)測(cè)控制思想，將操縱面物理約束作為非對(duì)稱(chēng)約束進(jìn)行處理，利用線(xiàn)性矩陣不等式方法實(shí)現(xiàn)了受限控制分配。仿真結(jié)果表明，所