基于LMI的無(wú)人直升機姿態(tài)解耦魯棒控制器設計

4 基于LMI的H∞魯棒控制器設計

無(wú)人直升機具有強烈的靜不穩、強耦合、不確定性特點(diǎn)。采用極點(diǎn)配置方法解決了4通道之間的耦合問(wèn)題。但是,無(wú)人直升機受擾之后模型參數攝動(dòng)非常明顯,該問(wèn)題可以采用H∞魯棒控制器給予解決。無(wú)人直升機姿態(tài)控制器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有良好跟蹤性能的四輸入——四輸出控制器[6,7,8]。原理示意框圖如圖3所示:

其中,

為權重函數;為H∞控制器。

4.1 權重函數選取

5 仿真實(shí)驗結果及性能評估

圖7表明動(dòng)態(tài)性能和解耦效果很好,當總距通道和偏航通道存在操縱輸入時(shí),本通道的調節時(shí)間很短(0.8s左右)、超調很小(11%左右)并且幾乎不存在通道耦合。圖7表明在被控對象參數攝動(dòng)時(shí),設計的魯棒控制器仍然可以完成控制任務(wù),效果與攝動(dòng)之前沒(méi)有明顯惡化,并且存在攝動(dòng)的通道對其它通道的影響不大。

6 結束語(yǔ)

本文首先比較詳細地介紹了小型無(wú)人直升機完備的空氣動(dòng)力學(xué)模型建立過(guò)程;然后運用狀態(tài)反饋進(jìn)行極點(diǎn)配置,把無(wú)人直升機解耦成四個(gè)相互獨立的通道;最后運用回路成形理論設計了H∞魯棒控制器,解決了無(wú)人直升機模型參數攝動(dòng)范圍大的問(wèn)題。論文還對所設計的控制器進(jìn)行了仿真驗證,結果表明控制效果達到了ADS—33E—PRF標準LEVEL1的要求。本文為設計基于先進(jìn)算法的無(wú)人直升機自動(dòng)駕駛儀進(jìn)行了理論方面的探討,為控制器后續工程實(shí)現、半實(shí)物仿真和試飛驗證奠定基礎。