多螺旋槳組合浮空器非線性PID和多胞LPV魯棒控制器設(shè)計(jì).pdf

1、傳統(tǒng)飛艇一般為流線型外形，其主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)為推力和氣動舵面，具有前向阻力系數(shù)較小，操縱配置簡單的特點(diǎn)，但也存在著側(cè)向抗風(fēng)能力較弱，低速飛行條件下舵面效率較低的問題。本文所研究的多螺旋槳組合浮空器具有特殊外形，可有效的增強(qiáng)浮空器側(cè)向抗風(fēng)能力，同時(shí)采用全矢量推力配置，可以保證浮空器在低速飛行條件下仍然具有很強(qiáng)的操縱能力。本文以該浮空器為對象，進(jìn)行了多螺旋槳組合浮空器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方法研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　采用機(jī)理分析法對浮

2、空器進(jìn)行受力分析，建立了浮空器的非線性動力學(xué)方程；采用小擾動線性化的方法對非線性模型進(jìn)行了線性化處理，獲得浮空器解耦的縱向和橫側(cè)向運(yùn)動模型。所建立的模型為后續(xù)控制問題的研究提供依據(jù)。
　　基于浮空器的非線性模型，采用PID方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的內(nèi)、外環(huán)控制器；考慮到系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)冗余配置的特點(diǎn)，采用動態(tài)逆方法實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的合理分配；給出了浮空器直接和間接兩種位置控制方案。仿真結(jié)果表明兩種方案均可以實(shí)現(xiàn)位置控制，但是在控制精度、響應(yīng)時(shí)間和耗

3、能方面存在著不同。
　　基于系統(tǒng)縱向運(yùn)動的線性變參數(shù)（LPV）模型，通過高階奇異值分解（HOSVD）的方法獲得了系統(tǒng)多胞LPV模型；采用H∞狀態(tài)反饋方法對多胞模型的頂點(diǎn)設(shè)計(jì)了滿足性能要求的控制器，并實(shí)現(xiàn)了控制器的變增益調(diào)度。該設(shè)計(jì)方法從理論上保證了控制器的穩(wěn)定性，給出速度跟蹤仿真結(jié)果，驗(yàn)證了控制器的有效性。
　　本論文的研究結(jié)果用于該浮空器實(shí)際飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，并進(jìn)行了飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)方案的合理性和設(shè)計(jì)方法的有效性。