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大包线飞行控制系统鲁棒设计研究

作　者: 李中健
导　师: 安锦文
学　校: 西北工业大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 大包线飞行控制系统 飞行包线区域划分 不确定性 鲁棒控制 H∞控制 结构奇异值综合 线性变参数系统 线性矩阵不等式
分类号: V249.12
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要


本论文对大包线飞行控制系统的控制律设计方法进行研究，主要进行各种鲁棒控制设计方法的理论与应用研究。论文重点对鲁棒H_∞控制理论、结构奇异值综合理论、线性变参数系统自增益调度控制理论进行研究，并将这些理论应用于大包线飞行控制律的设计。主要工作有以下两大方面： 一、针对大包线飞机对象的特点，研究了鲁棒控制中对象不确定性的描述问题和飞行包线区域划分方法及各个区域内标称设计对象的选取方法。 1、分析了造成鲁棒控制器设计结果保守的一个重要原因，即在控制器设计时对飞机对象的不确定性范围定得过大，限制了系统性能指标的提高。在利用二次稳定性的概念设计H_∞控制器时，讨论了几种参数摄动系统的表示形式，提出了一种保守性较小的对象不确定性表示方法，此方法应用于H_∞控制器的设计使得系统在提高鲁棒稳定性的同时，性能指标也保持得很好。 2、进一步分析了工作1并没有完全克服对象不确定性描述的保守性问题，指出用线性分式变换描述不确定对象是一种最普遍的描述方法。重点研究了对于大包线飞机对象在结构奇异值综合设计中如何表示为一种参数不确定性的方法，提出了基于时域和基于频域的两种参数不确定性的表示方法，这两种大包线对象的表示方法应用于控制器的设计中可大大减少控制器设计的保守性。 3、研究了采用鲁棒控制方法进行大包线飞行控制系统设计时飞行包线的区域划分的方法及各个区域内标称设计对象的选取方法。本论文提出的飞行包线的区域划分克服了传统的飞行包线规则划分方法忽视了物理对象实际特性的缺点，并且开发了一个飞行包线自动划分的软件。并且提出了一种有利于同时保证控制系统鲁棒性和性能指标的标称对象选取方法。 二、在对大包线飞机对象的描述的基础上，分别采用鲁棒H_∞控制、结构奇异值综合设计和线性变参数系统自增益调度控制方法，设计了大包线飞行控制律。 1、应用H_∞控制理论进行大包线飞行控制系统的设计。研究了参数摄动系统的H_∞稳定控制器的设计，并应用此方法进行了大包线纵向增稳系统设计。对于大范围模型参数变化的对象，研究了鲁棒H_∞混合灵敏度设计方法，并进行了大包线俯仰角控制系统设计。 西北工业大学博士学位论文一 2、研究了结构奇异值理论在大包线飞行控制系统设计中的应用，在基于时域和基于频域的两种参数不确定性的表示方法的基础上，采用结构奇异值综合方法设计了大包线飞机侧向控制系统。 3、研究了线性变参数系统的自增益调度控制器设计，讨论了目前采用的各种自增益调度方法及其优缺点，解决了这些理论应用于实际系统中的如何满足一些限制条件约束的问题。最后采用单一Lypunov函数方法设计了飞机俯仰角速率的自增益调度控制器并进行了仿真。

全文目录


中文摘要  3-5
英文摘要  5-7
符号约定与缩略号  7-11
第一章 绪论  11-24
  1．1 本论文的选题背景  11-12
  1．2 大包线飞行控制系统的特点及问题  12-18
    1．2．1 飞机对象的特点及问题  12-13
    1．2．2 大包线飞行控制系统设计问题  13-18
  1．3 鲁棒控制理论综述  18-22
  1．4 本文的主要工作和各章内容安排  22-23
  1．5 本章小结  23-24
第二章 H_∞控制理论及在大包线飞行控制系统设计中的应用  24-68
  2．1 H_∞控制问题及其解法  24-35
    2．1．1 H_∞标准设计问题  24-26
    2．1．2 LMI及其在控制中的重要地位  26-28
    2．1．3 奇异H_∞控制问题的输出反馈求解  28-35
  2．2 参数摄动系统的H_∞稳定控制器设计  35-42
    2．2．1 参数不确定性对象模型结构的表示  35
    2．2．2 二次稳定性及H_∞控制  35-40
    2．2．3 参数不确定性系统的H_∞稳定控制器解法  40-42
  2．3 对象模型结构参数不确定性的表示  42-47
    2．3．1 不确定性的区间描述方法  43-44
    2．3．2 不确定性的SVD描述方法  44-46
    2．3．3 不确定性保守性较小的描述方法  46-47
  2．4 全包线纵向增稳系统设计  47-57
    2．4．1 飞行包线区域划分方法  48-52
    2．4．2 标称设计对象的选取方法  52
    2．4．3 飞行纵向增稳系统的设计与仿真  52-57
  2．5 鲁棒H_∞混合灵敏度设计方法及全包线俯仰角控制设计  57-62
    2．5．1 鲁棒H_∞混合灵敏度设计  57-60
    2．5．2 全包线俯仰角控制系统设计  60-62
  2．6 本章小节  62-68
第三章 结构奇异值理论及在全包线飞行控制系统设计中的应用  68-104
  3．1 μ理论及其研究现状  68-73
  3．2 对象结构参数不确定性的表示  73-82
    3．2．1 线性分式变换（LFT）  73-74
    3．2．2 结构参数不确定性的时域表示方法  74-81
    3．2．3 结构参数不确定性的频域表示方法  81-82
  3．3 飞机大包线侧向控制系统设计  82-97
    3．3．1 不确定性的时域表示法控制器设计  83-88
    3．3．2 不确定性的频域表示法控制器设计  88-97
  3．4 鲁棒飞行控制器的稳定性及实现问题  97-102
    3．4．1 鲁棒飞行控制器的稳定性分析  97-100
    3．4．2 飞行控制律切换的实现  100-102
  3．5 本章总结  102-104
第四章 线性变参数系统自增益调度飞行控制器设计  104-125
  4．1 引言  104-106
  4．2 自增益调度控制的LFT方法  106-141
  4．3 自增益调度控制的LFT方法  0-125
    4．4 自增益调度的Lyapunov方法  114-117
      4．4．1 单一Lyapunov函数方法  114-116
      4．4．2 变参数Lyapunov函数方法  116-117
    4．5 俯仰角速率自增益调度控制器的设计  117-124
      4．5．1 多胞形LPV系统控制器设计  117-121
      4．5．2 俯仰角速率自增益调度控制器的设计与仿真  121-124
    4．6 本章总结  124-125
第五章 总结与展望  125-129
致谢  129-130
参考文献  130-140
攻读博士学位期间发表论文  140-141
攻读博士学位期间完成的科研项目  141

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制 > 自动控制
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