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《H_鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第2期宇航学报Vol.27No.22006年3月JournalofAstronauticsMarch2006H鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究江琼,陈怀民,吴佳楠(西北工业大学自动化学院,西安710072)摘要:针对无人机飞行过程中出现的参数摄动和外部扰动带来的影响,在经典PID控制的基础上,加入H鲁棒控制,形成一种混合控制方式。PID控制器在跟踪给定指令时发挥其优势,H控制用于处理数据摄动和外界扰动的鲁棒控制问题。因无人机飞行时部分模型参数发生摄动,所以采用H鲁棒控制,并把H鲁棒控制
2、转化为标准H控制处理。标准H控制讨论的是在标称参数状态下,系统的扰动抑制问题。鲁棒H控制研究参数摄动情况下的扰动抑制问题。将H鲁棒控制与PID控制相结合能保证系统的动、稳态性能关键词:标准H控制;鲁棒H控制;参数摄动;扰动抑制中图分类号:V249.1文献标识码:A文章编号:10001328(2006)020192040引言目前我国中小型无人机的飞行控制主要采用经典PID控制器,它具有原理简单、直观和实现方便等优点。但由于无人机飞行控制系统本身具有非线性、多变量、存在较强的耦合以及对外界扰动和参数图1标
3、准H控制系统结构图摄动较为敏感等特点,而经典PID控制适合于单入Fig.1StandardHcontrolsystem单出线性系统,在处理非线性多变量控制系统,保证被控对象G(s)为广义被控对象,状态空间实现为:系统的抗外部干扰能力、尤其对系统参数摄动的鲁x=Ax+B1w+B2u(1)棒性等方面都无法收到满意的效果,限制了飞行控z=C1x+D11w+D12u(2)制性能的提高。y=C2x+D21w+D22u(3)H控制理论适合于处理存在数据摄动和外界式中,x为状态向量,w为有界不确定的外部扰动,扰动系统的鲁棒控制问题。无人
4、机的飞行控制不可u为控制输入,z为控制输出,y为测量输出。设计避免地受到参数摄动以及外部扰动的影响,可以采一个反馈控制器K(s),使得闭环系统稳定,而且使用H鲁棒控制与PID控制相结合的混合控制方得从扰动输入w到被控输出z之间的闭环传递函数Tzw(s)的H范数极小或小于某一正实数,即式,既发挥H控制器在保证系统鲁棒稳定性方面Tzw(s)=sup(T(j))<(4)的优势,又利用PID控制器保证系统的动态性能和稳态性能。定义1H最优控制问题:求正则实有理函数K(s),使闭环系统内稳定,而且使得闭环传递函数1标
5、准H控制Tzw(s)的H范数最小,即minTzw(s)=0。k标准H控制问题讨论的是在标称参数状态下,定义2H次优控制问题:对于给定的(系统的扰动抑制问题。首先介绍标准H控制的算!0),求正则实有理函数K(s),使得闭环系统内法及证明过程。图1为标准H控制系统结构图:稳定,且闭环传递函数Tzw(s)的H范数满足:收稿日期:20050324;修回日期:20050801第2期江琼等:H鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究193TTTTTzw(s)<,此不等式也等价于PA+AP+P{B1
6、B1-B2B2}P+C1C1<01(12)Tzw(s)<1。有正定解P>0。若正定解存在,则标准H定义3H标准控制问题:对于给定的增广控制问题的一个状态反馈解为被控对象G(s),判定是否存在反馈控制器K(s),K=-BT2P(13)使闭环系统内稳定,同时使得闭环传递函数Tzw(s)2鲁棒H控制的H范数Tzw(s)<1,如果存在那样的控制器则求之。鲁棒H控制器研究参数摄动情况下的扰动抑采用静态输出反馈控制器:u=Ky(5)制问题,使得系统在有外部扰动和参数摄动的情况则闭环系统的状态空间描述为:下仍能保持鲁棒稳定。
7、由于无人机随着高度不同、xd=Aclx+Bclw飞行速度不同、舵面的故障,以及负载引起的重心变(6)z=Cclx+Dclw化等都会导致部分气动参数的大范围变化,导致部AclBcl分模型参数发生大范围的摄动。因此在得到了标准其中,CclDclH控制问题的状态反馈解基础之上,进一步分析A+B2DcC2B2CcB1+B2DcD21如何将一个鲁棒H控制问题转化一个标准H控=B2C2AcBcD21制问题。C1+D12DcC2D12CcD11+D12DcD21引理1(Schur补引理)对称矩阵满足如下条当系统的状态可测时,采用静态状
8、态反馈控制A11A12件:T<0器:u=Kx(7)A12A22闭环系统状态空间描述的参数为:A22<0A当且仅当下式成立:-1T<0。clBclA+B2KB1A11-A12A22A12=(8)CclDclC1+D12KD
