无人直升机非线性控制器设计

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1、总第177期2013年第4期直升机技术HEIJCOVI'ERTECHNIQUETotalNo．177No．42013文章编号：1673·1220(2013)04-007-03无人直升机非线性控制器设计鲁可，徐东杉(中航工业直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要直升机作为一种特殊的飞行器，其非线性运动特性强，稳定性差，各通道的耦合性严重。针对直升机的特点，将非线性反馈线性化的方法运用到直升机的控制中，通过该方法得到解耦的直升机伪线性模型，采用经典的LQR线性最优二次型设计方法设计状态反馈控制器。仿真结果表明，设计的控制系

2、统具有良好的性能，满足控制要求。关键词反馈线性化；伪线性模型；LQR；无人直升机中图分类号：V249文献标识码：AUnmannedHelicopterNonlinearControlDesignLUKe，XUDongshan’(AVICHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China)AbstractAsaspecialaircraft。helicopterhasseriousnon．1inearmotioncharacteristics，poor

3、sta—bility，eachchannelcouplingSeriOUS．Forthosecharacteristics，feedbacklinearizationmethod印-pliedtothecontrolofthehelicopter．Soweobtaineddecoupledpseudo-linearhelicoptermodel，thenusingtheclassicLQRlinearquadraticoptimalmethoddesignstatefeedbackcontroller．Simulationre

4、sultsshowedthatthecontrolsystemhasgoodperformanceandmeettheperformancerequirements．Keywordsfeedbacklinearization；pseudo·linearmodel；LQR；unmannedhelicopter0引言无人直升机是一种具有自主飞行和垂直起降能力的特殊飞行器，飞行控制系统是无人直升机的核心。无人直升机对象特性复杂、稳定性差、通道耦合严重、非线性特性强并且飞行模态较多，这对直升机的飞行控制系统提出了更高的要求。无人直升机

5、飞控系统作为一个研究热点，引起了各国学者的广泛关注，并且取得了丰硕的成果。J．Gadewadikar运用静态输出反馈鲁棒控制方法设计了直升机的飞行控制系统，取得了良好的效果llJ。NakwanKim等运用自适应输出反馈方法设计了飞行控制系统，对直升机有一定的借鉴意义[2]。杨一栋教授作为国内较早研究直升机控制系统的学者，在其著作《直升机飞行控制系统》中提出了显模型跟踪系统，取得了较好的控制效果¨-。1反馈线性化理论在非线性控制理论中，有两种常用的运算：李导运算数和李括号运算。下面将对这两种运算进行简收稿日期：2013—06—2

6、0作者简介：鲁可(1987一)，男，山东曹县人，硕士研究生，助理工程师，从事飞行控制研究工作。·8·直升机技术总第177期单的介绍。1．1李导数运算为了定义李导数，现给出一个光滑的标量函数危(z)及一个向量场八算)，则该标量函数的李导数为该标量函数沿相应向量场的导数，称之为h对f的李导数。该导数是一个新的标量函数，记为￡力。鲈㈤=挚菇)=(等Ox，警Ox，⋯，等Ox你)(1)、1'，’'hJ＼。。／＼1，多重李导数可以递归地定义为：膨矗(戈)=。(够一1^(戈))：挚x)k妒㈤吐(驴㈤)=篙牛㈤L，qh(牡纵驰圳=警㈤(2)1

7、．2李括号运算如果八z)与g(x)为R“上的两个向量场，两个同维的向量八戈)，g(戈)的李括号运算定义为：[六g](戈)=孑一aof≯(3)假设系统具有相对阶r，即：．t譬kh(菇)=0t弓。1Ill(z)≠0Vk

8、：(菇)⋯⋯Lg。乎～h：(z)￡。。妒～h。(x)⋯．．Ls。妒～h。(戈)记为：Y7=6(算)+a(x)M(5)假设A(戈)是可逆的，则可以得到逆系统的控制输入：“=A一(算)[一b(X)+2J](6)其中：b(x)为非线性输出状态，A(髫)为非线性控制分布，参数口为期望