基于LMI的無人直升機姿態解耦魯棒控制器設計

4 基于LMI的H∞魯棒控制器設計

無人直升機具有強烈的靜不穩、強耦合、不確定性特點。采用極點配置方法解決了4通道之間的耦合問題。但是,無人直升機受擾之后模型參數攝動非常明顯,該問題可以采用H∞魯棒控制器給予解決。無人直升機姿態控制器實質上是一個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 仿真實驗結果及性能評估

圖7表明動態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,本通道的調節時間很短(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時,設計的魯棒控制器仍然可以完成控制任務,效果與攝動之前沒有明顯惡化,并且存在攝動的通道對其它通道的影響不大。

6 結束語

本文首先比較詳細地介紹了小型無人直升機完備的空氣動力學模型建立過程;然后運用狀態反饋進行極點配置,把無人直升機解耦成四個相互獨立的通道;最后運用回路成形理論設計了H∞魯棒控制器,解決了無人直升機模型參數攝動范圍大的問題。論文還對所設計的控制器進行了仿真驗證,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算法的無人直升機自動駕駛儀進行了理論方面的探討,為控制器后續工程實現、半實物仿真和試飛驗證奠定基礎。