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控制分配算法研究及其在系统重构控制中的应用

作　者: 张泰雷
导　师: 刘春生
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 粒子群算法控制分配重构控制自适应控制
分类号: V249
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

控制分配是解决冗余控制的一种有效方法，利用控制分配的控制系统设计可分解为基本控制律设计和控制分配算法设计两部分。对于故障的飞行系统，可以利用控制指令的重分配来调整系统性能，而不再需要重新调整复杂的飞行控制律，因此控制分配技术可以很好的运用在多操纵面飞行器的控制系统尤其是故障重构控制系统中。本文研究了基于控制分配理论的多操纵面飞行器控制系统的重构控制问题。主要进行了以下两方面内容的研究：1.针对具有线性递减的惯性权重粒子群算法不能适应复杂的非线性优化搜索过程的问题，提出了一种改进的粒子群算法。该算法引入了进化速度因子和聚集度因子这两个参数，算法可根据当前粒子群进化速度因子和聚集度因子动态的改变惯性权重，从而使算法具有动态自适应性。通过对测试函数的仿真以及PID控制器的参数整定表明了改进粒子群算法的有效性。利用该改进的粒子群算法设计了控制分配系统，通过对重构控制系统的仿真分析验证了算法的有效性。2.根据自适应控制理论和控制分配理论，设计了自适应控制分配算法。在作动器发生故障的情况下，利用状态跟踪误差来动态调整控制分配矩阵以补偿故障带来的影响。仿真结果验证了该方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
图表清单  9-10
注释表  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 概述  11-12
  1.2 重构控制与控制分配理论的研究现状及应用  12-14
    1.2.1 重构控制的研究现状及应用  12-13
    1.2.2 控制分配理论的研究现状及应用  13-14
  1.3 重构控制与控制分配理论存在的主要问题  14-15
    1.3.1 重构控制技术存在的问题  14-15
    1.3.2 控制分配理论存在问题  15
  1.4 重构控制与控制分配理论的发展趋势  15-16
    1.4.1 重构控制技术的发展趋势  15
    1.4.2 控制分配技术的发展趋势  15-16
  1.5 本文研究的主要内容  16-17
第二章控制分配的相关理论  17-22
  2.1 冗余控制  17
  2.2 基于控制分配的冗余控制设计  17-20
    2.2.1 冗余控制的被控对象  17-18
    2.2.2 控制分配的问题描述  18-19
    2.2.3 控制分配优化的目标及任务目标  19
    2.2.4 基于控制分配的冗余控制系统结构  19-20
    2.2.5 设计步骤  20
  2.3 本章小结  20-22
第三章粒子群算法简介  22-31
  3.1 智能计算  22-23
  3.2 标准粒子群算法  23-26
    3.2.1 生物学背景  23
    3.2.2 基本概念及进化方程  23-24
    3.2.3 粒子群算法流程  24-25
    3.2.4 粒子群算法的社会行为分析  25-26
    3.2.5 粒子群算法与其他进化算法的比较  26
  3.3 粒子群算法的参数选择  26-28
    3.3.1 惯性权重  26-27
    3.3.2 认知系数与社会系数  27
    3.3.3 其他参数  27-28
  3.4 粒子群算法的行为及收敛性分析  28-30
    3.4.1 粒子群算法的统一模型  28
    3.4.2 粒子群算法的行为分析  28-30
    3.4.3 粒子群算法的收敛性分析  30
  3.5 本章小结  30-31
第四章一种改进粒子群算法的研究与应用  31-47
  4.1 引言  31
  4.2 改进的粒子群算法  31-32
  4.3 一种动态改变惯性权重的粒子群优化算法  32-34
    4.3.1 改进的惯性权重策略  32-34
    4.3.2 动态惯性权重粒子群算法的流程  34
  4.4 动态惯性的粒子群优化算法测试函数  34-37
    4.4.1 测试函数介绍  35
    4.4.2 测试函数仿真与分析  35-37
  4.5 动态惯性权重粒子群算法的 PID 参数整定  37-40
    4.5.1 PID 控制的基本原则  37-38
    4.5.2 Z-N 法参数整定  38
    4.5.3 基于改进 PSO 算法的参数整定  38-39
    4.5.4 仿真结果与分析  39-40
  4.6 基于改进粒子群算法的控制分配应用  40-46
    4.6.1 问题描述  40-41
    4.6.2 控制律设计  41-42
    4.6.3 基于粒子群算法的控制分配设计  42-43
    4.6.4 仿真验证及结果分析  43-46
  4.7 本章小结  46-47
第五章基于自适应控制分配的多操纵面飞行器重构控制  47-56
  5.1 引言  47
  5.2 自适应控制分配重构控制理论准备  47-49
    5.2.1 系统结构  47-48
    5.2.2 Hurwitz 矩阵  48-49
  5.3 基于自适应控制分配的故障系统的重构控制  49-55
    5.3.1 问题描述  49-50
    5.3.2 控制律设计  50-51
    5.3.3 控制效率矩阵设计  51-53
    5.3.4 仿真结果及分析  53-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章全文总结及展望  56-57
  6.1 本文论文主要工作  56
  6.2 后续工作及展望  56-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
在学期间的研究成果及学术论文情况  63

控制分配算法研究及其在系统重构控制中的应用

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