變形翼分布式協(xié)同控制技術研究.pdf

1、傳統(tǒng)固定機翼飛行器的設計受限制于多種任務之間沖突的要求。隨著新型智能材料的發(fā)展以及對飛機性能的不斷追求，變形翼的概念應運而生。變形翼飛機能夠改變機翼外形，從而達到變換飛行器任務以及不用傳統(tǒng)操縱面來實現(xiàn)飛行控制的目的，具有執(zhí)行多種類型的飛行任務、實現(xiàn)傳統(tǒng)操縱面不可能實現(xiàn)的全新機動、更省油、減少雷達反射面等優(yōu)點。美國和歐洲的一大批政府機構、大學和公司正在變形翼研究項目上投入越來越多的資源，以期在不久的將來徹底改變制造和運營飛機的成本。

2、>　　 本文首先設計了一種基于分布式智能舵機系統(tǒng)的變形翼模型，通過舵機的運動帶動蒙皮產生翼型變化。基于該模型，從變形翼的性能要求出發(fā)，為每個智能體定義一個局部代價函數(shù)，以此來協(xié)調智能體之間的動態(tài)行為。利用代數(shù)圖論的相關知識重新描述局部代價函數(shù)中智能體信息交換的拓撲結構，將變形翼系統(tǒng)解耦。提出一種分布式協(xié)同控制方案來驅動變形翼達到期望翼型，并且在變化過程中保持翼面平滑。
　　 其次，分析了變形翼系統(tǒng)在采樣通信約束下的一致性收斂條

3、件。根據奈奎斯特判據的另一種公式，結合系統(tǒng)解耦的方法，推導出一種圖形化的系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件。利用該條件以及切比雪夫多項式，推導出分布式協(xié)同控制器參數(shù)穩(wěn)定域的計算方法?？紤]了智能體之間數(shù)據交換時延無法確定的情況。利用Lyapunov-Krasovskii穩(wěn)定性理論，通過解一個線性矩陣不等式組來保證變形翼系統(tǒng)的通信時延在一定范圍內變化時整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　 然后，分析了網絡不穩(wěn)定、智能體出現(xiàn)故障等情況下，變形翼系統(tǒng)的一致性收斂條

4、件?；谇懊嫣岢龅膱D形化判據，利用閉環(huán)特征多項式的凸性以及輻角原理等方法，提出了閉環(huán)系統(tǒng)在任意拓撲結構下魯棒穩(wěn)定的充分必要條件。然后，利用線性矩陣不等式的凸性，推導出變形翼系統(tǒng)在信息交換拓撲結構和通信時延均不確定時，系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性判據。利用錐補線性化算法，給出了一種分布式的、與系統(tǒng)信息交換拓撲結構相同的魯棒控制器的設計方法。
　　 隨后，研究了變形翼系統(tǒng)具有輸入約束以及受蒙皮影響時的穩(wěn)定性能。利用Karush-Kuhn-Tuc

5、ker充分必要條件、正不變集原理以及李雅普諾夫函數(shù)來構造一個橢球集，使所有初始狀態(tài)在橢球集內的智能體均能夠滿足變形翼的能量輸入約束。對于蒙皮的影響，建模智能體的動力學模型并改進前面提出的分布式協(xié)同控制律，在此基礎上，應用Lyapunov-Krasovskii泛函，對變形翼系統(tǒng)進行穩(wěn)定分析。
　　 最后，介紹了變形翼控制系統(tǒng)實驗平臺。該平臺由機柜、智能舵機模塊、網絡模塊和上位機模塊四個部分組成，配以包括智能舵機采樣控制程序和上位機