倾斜共轴旋翼尾立式飞机鲁棒预测控制

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1、第3l卷第6期计算机仿真2014年6月文章编号：1006—9348(2014)06—0120—04倾斜共轴旋翼尾立式飞机鲁棒预测控制庞瑞，史忠科(西北工业大学自动化学院，西安陕西710129)摘要：倾斜共轴旋翼尾立式飞机是一种垂直起降飞机，能够实现悬停和水平飞行，并在垂直起降之间进行转换。通过对倾斜共轴旋翼推力装置进行动力学建模，构建了尾立式飞机的动力学和运动学模型。为了解决控制输入饱和受限的问题，采用了基于多面体凸集的饱和输入描述方法，并采用多面体多顶点描述，提出了基于线性矩阵不等式的鲁棒预测控制方法，较好地解决了在输入受限条件下鲁

2、棒预测控制的稳定性问题。通过对悬停状态施iJll#l,界干扰和水平飞行，垂直飞行两种状态互相转换进行仿真，验证了在气动舵面，旋翼倾斜角度等受限条件下控制器的有效性，从而保证了尾立式飞机多种飞行模态的转换。关键词：共轴旋翼；尾立式；预测控制；线性矩阵不等式中图分类号：V448．25+3文献标识码：BRobustModelPredictiveControlofTail—．SitterAircraftwithTiltingCoaxialRotorsPANGRUi．SHIZhong—ke(SchoolofAutomation，Northwes

3、ternPolyteehniealUniversity，Xi’anShanxi，710129，China)ABSTRACT：TiltingCO—axialtail—sitteraircraftisonekindofverticaltakingoff，verticallanding(VTOL)air-craft，whichcanperformhoveringandtransitionbetweenhorizontalflightandVTOLflight．Dynamicandmechanicsmodelofthetail—sittera

4、ircraftwasresearchedbymodelingtheco—axialtihingpropellers．Withthepurposeofsol-vingtheproblemofsaturatedinputs，polytopicconvexsetswereusedindescribingthesaturatedinputs．Meanwhile，basedonthepolytopicdescription，robustmodelpredictivecontrolmethodwasproposed，whichcanefficie

5、ntlysolvethestabilityproblemwhichoccursinthesaturatedMPCmethod．Insimulationsection，thesuddenpulsedisturbancewasaddedtothehoveringflightconditiontotestthecontrollerefficiencyandcorrectness．Thetransitionbetweenhor·izontalflightandverticalflightwasalsosimulatedtotesttheaeF

6、o—actuatorandtiltingco—axialrotors．Thesesimu—lationtestsprovesthestabilityofthecontrollerandtheabilityofthetail—sitteraircraftwhichcantransformbetweendifferentflightmodes．KEYWOImS：Co—axialrotors；Tail—sitter；MPC；LMIs1引言尾立式飞机顾名思义，指的是依靠尾部垂直立于地面上，能够垂直起降的飞机。与一般固定翼飞机不同，尾立式飞机推

7、重比较大，能够拉动机身实现垂直起降，而与旋翼式直升机不同的是，尾立式飞机可以在空中实现垂直飞行到水平飞行之间的互相转换，从而兼具有一般固定翼飞机的快速性和旋翼式直升机的垂直起降性的双重优势，可应用领域极为广泛。基金项目：国家自然科学基金重点项目(61134004)收稿日期：2014—03—24．．———120．--——当前尾立式技术应用最广的为小型和微型垂直起降无人机，美国亚利桑那大学设计了一种名为“vertigo”的微型尾立式无人机，已经实现了悬停控制⋯。澳大利亚悉尼大学则开发了名为“T—wing”的尾立式飞机原型机，并进行了飞行试

8、验旧1。在控制器设计的试验中，现有的研究多采用常规和传统的控制方法，而尾立式垂直起降飞机由于其具备旋翼直升机和固定翼飞机共同的特点，动力学较为复杂，因此本文采用具有受限饱和输入的模型预测控制控制方法来进行建模控制。模型预