飛行器在飛行過程中都面臨著復雜多變的外部空間環(huán)境,同時自身內(nèi)部的元件也會因為磨損等原因發(fā)生故障,這些問題都會在不同程度上影響飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此,基于現(xiàn)有的飛行控制系統(tǒng),結(jié)合容錯控制的思想,提出一種新的設(shè)計控制器的方法來提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保證飛行器的安全性。本文將U模型與容錯控制相結(jié)合,針對單輸入單輸出（Single input single output,SISO）系統(tǒng)和多輸入多輸出（Multiple input multiple output,MIMO）系統(tǒng)設(shè)計控制器。在設(shè)計SISO系統(tǒng)的控制器時,將四旋翼飛行控制系統(tǒng)作為被控對象。當系統(tǒng)發(fā)生執(zhí)行器故障時,利用滑�？刂频姆椒ㄌ岣呦到y(tǒng)的魯棒性,滿足被控系統(tǒng)的性能要求,最后通過仿真驗證。在設(shè)計MIMO系統(tǒng)的控制器時,將波音747的縱向飛行控制系統(tǒng)作為被控對象。當系統(tǒng)受到外界干擾時,利用基于U模型的廣義預(yù)測控制（Generalized Predictive Control,GPC）方法設(shè)計控制器,提高系統(tǒng)的被動容錯性能,最后通過仿真驗證。利用U模型設(shè)計控制器的方法可以適應(yīng)更多形式的被控對象模型,同時在控制器的設(shè)計過程中更... 

【文章來源】：中國民航大學天津市

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

容錯控制分類圖

中國民航大學碩士論文14（3）在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，面對復雜的非線性對象，通過采樣、辨識基本上都可以寫成U模型的標準形式，具有很強的通用性。（4）U模型使被控對象在設(shè)計控制器時可以使用部分線性系統(tǒng)設(shè)計控制器的方法，簡化了控制器的設(shè)計過程。在設(shè)計基于U模型的控制器時，只需要求解一個非線性系統(tǒng)方程即可求出控制器輸出，計算過程簡單，計算量校2.2U模型的求解U模型是非線性模型，但是可以利用線性系統(tǒng)的設(shè)計方法來進行控制器的設(shè)計。因為U模型包含了線性和非線性的特征，所以可以通過計算偽輸入Uk，將線性控制方法與非線性系統(tǒng)之間建立連接，實現(xiàn)利用線性控制方法對非線性系統(tǒng)控制的目的。下面以SISO系統(tǒng)為例，比較利用一般方法設(shè)計被控對象的控制器和基于U模型方法設(shè)計被控對象的控制器的區(qū)別。圖2-1中，rt是系統(tǒng)給定的輸入也是系統(tǒng)的跟蹤軌跡，ut是針對被控對象設(shè)計的控制器的輸出，yt是系統(tǒng)的實際輸出。通過輸出反饋形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用反饋校正的方法實現(xiàn)控制效果。但是這種方法的控制器在設(shè)計過程中需要針對每個具體的被控對象設(shè)計控制器，使得設(shè)計出的控制器各不相同。圖2-1通用方法設(shè)計控制器流程圖基于U模型的被控對象在設(shè)計控制器時，首先將被控對象設(shè)為1，然后根據(jù)所需要的性能要求設(shè)計出控制器。這樣設(shè)計出的控制器能夠在多個相類似，性能要求相同的被控對象之間使用。當控制器設(shè)計完成之后，將被控對象的逆與設(shè)計好的控制器相結(jié)合便是該被控系統(tǒng)真正的控制器。圖2-2是基于U模型的設(shè)計控制器的方法原理圖。其中，Uk是含有被控對象的真實輸入uk1的多項式，可以通過求解偽輸入Uk的方法得出真實輸

中國民航大學碩士論文15入uk1。該過程就是對Uk多項式進行求根的過程。求解uk1的方法有很多，在本文中，主要利用的是牛頓-拉夫遜迭代算法[50-51]，如式(2.10)所示：圖2-2基于U模型設(shè)計控制器原理圖010(1)(1)(1)()(1)(1)[(1)]/()lNjlllNjlukukaukUkukukdaukduk(2.10)其中l(wèi)表示的是迭代次數(shù)。2.3本章小結(jié)本章對現(xiàn)有的非線性系統(tǒng)模型進行對比分析，發(fā)現(xiàn)U模型在表示非線性模型時更有優(yōu)勢，因此對其進行了簡單的介紹和分析，結(jié)合具體情況做了闡述，更加簡潔直觀的明白其存在的優(yōu)越性。最后給出介紹了本文解析偽輸入的牛頓-拉夫遜算法。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3418495