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自动化学报 2019年第6期45卷 1166-1176页

作者：朱斌陈庆伟南京理工大学自动化学院

针对垂直/短距起降飞行器在悬停状态下滚转力矩与横侧向推力存在强耦合、系统具有非最小相位特性的问题,本文设计了轨迹跟踪控制器.首先利用坐标变换和输入输出线性化将系统分解成最小相位子系统和非最小相位子系统.对非最小相位子系统... 详细信息

针对垂直/短距起降飞行器在悬停状态下滚转力矩与横侧向推力存在强耦合、系统具有非最小相位特性的问题,本文设计了轨迹跟踪控制器.首先利用坐标变换和输入输出线性化将系统分解成最小相位子系统和非最小相位子系统.对非最小相位子系统,采用稳态系统中心的方法求解理想内部动态,并跟踪系统理想内模设计了LQR控制器,使得内部动态有界;对最小相位子系统设计了高增益控制器使得外部动态渐进稳定.仿真结果表明本文设计的控制器对给定轨迹和飞行器机动轨迹都有较好的跟踪效果,验证了控制器的有效性.

关键词：非最小相位系统理想内模轨迹跟踪垂直/短距起降飞行器

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飞机航迹倾角高精度跟踪控制算法研究

飞机航迹倾角高精度跟踪控制算法研究

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作者：吴飞电子科技大学

学位级别：硕士

无人机具有成本低、灵活性、任务范围广和无人员伤亡等诸多优点,在军事和民用领域得到了广泛的应用。无人机的快速发展使得无人机飞行自动控制技术研究变得更加重要。作为实现飞行高度机动的一种控制手段,航迹倾角控制具有对气流扰动... 详细信息

无人机具有成本低、灵活性、任务范围广和无人员伤亡等诸多优点,在军事和民用领域得到了广泛的应用。无人机的快速发展使得无人机飞行自动控制技术研究变得更加重要。作为实现飞行高度机动的一种控制手段,航迹倾角控制具有对气流扰动影响不敏感等优点,是无人机控制律设计需要考虑的最重要模态之一。传统的仅仅依靠反馈的PID控制方案忽略了飞机非最小相位特性的影响,会导致内部动态的振荡和较大的控制误差,也可能导致升降舵面的饱和,进而危及飞行安全。本论文重点研究航迹倾角高精度跟踪控制问题。首先,建立了飞机空中全量运动方程模型,并对该模型进行了配平和线性化处理。在此基础上分析了飞机的非最小相位特性,并指出航迹倾角控制的设计难点。其次,设计了传统PID控制器,并进行了仿真检验。根据仿真结果,进一步分析了这种P1D控制器不能解决非最小相位问题的原因及其具体现象,并提出了基于理想内模的控制方法。然后,设计了基于理想内模和扰动估计器的滑模控制器,解决了内部模态具有扰动的非最小相位控制问题,并进行了仿真验证。根据仿真结果,分析了理想内模、扰动估计器和滑模控制器的效果。之后,基于对传统PID控制、基于扰动估计器和理想内模的滑模控制这两种方案的综合分析与评估,设计了基于理想内模的PID控制器。通过仿真和与常规PID控制器的对比分析,检验了该控制器的性能。最后,搭建了非线性控制模型在环的仿真验证环境,利用该环境对传统PID控制器、基于理想内模的滑模控制器和基于理想内模的PID控制器进行仿真和验证,进一步分析与比较了这三种方案的性能和控制代价。本论文基于理想内模方法设计的滑模控制器和PID控制器能够解决航迹倾角控制的非最小相位问题,并且通过线性和非线性仿真验证了控制器的有效性和正确性。

关键词：航迹倾角控制非最小相位理想内模扰动估计器滑模控制

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