基于补偿的飞行器鲁棒解耦控制

发布时间：2017-07-29 06:14

  本文关键词：基于补偿的飞行器鲁棒解耦控制

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【摘要】：考虑飞行器姿态控制系统中,控制通道间存在耦合及不确定性的影响,基于补偿的思想进行鲁棒姿态控制器设计的研究。首先对姿态控制模型进行化简成为标称模型,接下来对于标称模型利用Backstepping设计方法进行解耦控制,设计出标称模型部分的控制律,然后设计模型的扩张高增益观测器,利用观测器估计系统的不确定性,并将不确定性补偿回原系统,同时利用高增益观测器的增益很大时输出反馈可以恢复状态反馈的性能的特点,用观测值代替状态量进行输出反馈,从而完成飞行器控制律的设计,并进行仿真验证。本论文的主要内容如下:首先,给出常用坐标系以及各个坐标系之间的转换关系,分析导弹受力和力矩以及动力学和运动学方程,推导并建立导弹姿态控制的三维模型,包括标称模型部分和不确定性部分,为接下来标称系统控制律的设计以及扩张观测器的设计做准备。然后,针对姿态控制系统这一多变量、强耦合的非线性系统,提出基于Backstepping设计方法的解耦控制策略,利用Backstepping方法设计姿态控制系统标称模型的控制律,将原来复杂的非线性系统分解成几个子系统,为每一个子系统设计部分李雅普诺夫函数,以保证系统的稳定性,推导中间虚拟控制量,最后导出标称模型真正的控制律,实现系统的解耦控制,完成标称模型控制律的设计。接下来,姿态控制模型带有不确定性,针对模型的不确定性,结合高增益观测器相关知识,对姿态控制模型设计扩张高增益观测器,将不确定性扩张出来。仿真并比较不同参数下观测器性能上的区别。分析高增益观测器固有的尖峰现象并提出解决的方案。最后,使用扩张观测器估计系统的耦合部分和不确定性部分,并将其补偿回原系统,用输出反馈控制器替代状态反馈控制器,针对尖峰现象采用饱和控制,实现系统控制通道间的解耦控制,使系统具有较高的收敛速度和精度。对所设计的飞行器控制律进行仿真验证,并分析和对比标称闭环系统和带有高增益观测器的闭环系统的解耦效果、跟踪效果等,验证了控制律的控制性能。
【关键词】：姿态控制 解耦控制 不确定性 高增益观测器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景与研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 Backstepping设计方法10-12
• 1.2.2 状态观测器理论12-13
• 1.2.3 高增益观测器13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 飞行器姿态控制模型的建立16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 常用坐标系及其转换关系16-18
• 2.2.1 常用坐标系16
• 2.2.2 各坐标系之间的转换关系16-18
• 2.3 导弹动力学模型的建立18-22
• 2.3.1 导弹所受的力和力矩18-19
• 2.3.2 导弹的动力学和运动学方程19-21
• 2.3.3 导弹姿态控制模型21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 基于Backstepping方法的解耦控制策略23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 Backstepping方法的基本思想和步骤23-29
• 3.2.1 Backstepping方法概述23-24
• 3.2.2 Backstepping方法的设计步骤24-29
• 3.3 标称系统控制律设计29-32
• 3.3.1 飞行器姿态控制的标称模型29-30
• 3.3.2 标称系统控制律设计30-32
• 3.4 解耦控制策略的仿真验证32-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 扩张状态观测器设计37-48
• 4.1 引言37
• 4.2 高增益观测器设计方法37-41
• 4.2.1 高增益观测器概述37
• 4.2.2 高增益观测器的实现37-40
• 4.2.3 尖峰现象分析40-41
• 4.3 飞行器姿态控制系统的扩张观测器设计41-42
• 4.4 高增益观测器的仿真分析42-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 解耦控制律的实现及仿真验证48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 解耦控制律的实现48-52
• 5.2.1 分离原理48-51
• 5.2.2 控制律的实现51-52
• 5.3 仿真验证52-58
• 5.3.1 跟踪阶跃信号的仿真及分析52-56
• 5.3.2 跟踪正弦信号的仿真及分析56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张德成;马克茂;;飞行仿真转台系统摩擦补偿方法研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

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本文编号：587769