本文關(guān)鍵詞：基于魯棒預(yù)測控制的高超聲速飛行器輸入飽和控制方法研究

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【摘要】：高超聲速飛行器以其飛行速度快、突防能力強、飛行范圍廣等特點,在軍事和民用方面均得到了良好的應(yīng)用與發(fā)展。這些特點也導(dǎo)致高超聲速飛行器對其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有了更高的要求。因此,對高超聲速飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和控制的研究具有極大的現(xiàn)實意義。據(jù)此,本文依次針對以下三方面進(jìn)行研究:針對帶有輸入飽和限制的高超聲速飛行器非線性縱向運動模型,提出一種魯棒模型預(yù)測控制器(RMPC)設(shè)計方法。利用雅克比線性化以及張量積(T-P)模型轉(zhuǎn)換方法,將非線性高超聲速飛行器模型轉(zhuǎn)化為多胞線性參變(LPV)模型;在此基礎(chǔ)上,將輸入飽和表示為實際反饋控制律與輔助反饋控制律構(gòu)成的凸包,建立飽和RMPC控制器,并通過引入輔助矩陣來降低其保守性,利用線性矩陣不等式(LMI)求解,以保證輸入飽和條件下閉環(huán)系統(tǒng)的控制性能和穩(wěn)定性。通過與其它RMPC控制器的仿真比較,驗證了此方法的有效性。為提高非線性模型的線性近似精度及有效的近似范圍,利用反饋線性化技術(shù)來實現(xiàn)精確線性化處理。本章首先針對帶有參數(shù)不確定和輸入飽和的單輸入單輸出(SISO)仿射非線性系統(tǒng)。利用反饋線性化,將非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為帶有擾動和狀態(tài)依賴輸入飽和的LPV模型,提出一種基于平方和(SOS)的RMPC設(shè)計方法�；诙喟鸕MPC控制器,設(shè)計加權(quán)狀態(tài)反饋控制律,通過引入范數(shù)有界定理,確保擾動下預(yù)測狀態(tài)收斂到不變集內(nèi),并利用勒讓德多項式近似和SOS技術(shù),將狀態(tài)依賴輸入飽和約束轉(zhuǎn)化為多項式凸優(yōu)化問題,以獲得實際和輔助狀態(tài)反饋律,所設(shè)計的SOS-RMPC控制器能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性且能夠有效解決輸入飽和問題。為實現(xiàn)高超聲速飛行器的大包線飛行任務(wù),利用SISO系統(tǒng)SOS-RMPC控制器設(shè)計方法,將帶有參數(shù)不確定和執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和的高超聲速飛行器縱向模型進(jìn)行反饋線性化處理,獲得其帶有擾動的LPV模型,基于SOS技術(shù)和范數(shù)有界定理設(shè)計控制器。為提高計算效率,將高度和速度的多階導(dǎo)數(shù)表達(dá)式進(jìn)行近似處理,并利用勒讓德多項式進(jìn)行函數(shù)逼近,進(jìn)而設(shè)計SOS-RMPC控制器,以保證飛行器在完成大包絡(luò)飛行任務(wù)的同時,滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理約束。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249

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本文編號：1244374