系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (12): 4013-4020.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.12.32

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基于SDRE的变体飞行器LPV稳定控制

蔡光斌1,*, 毛定坤1, 杨芊1, 李欣1, 侯明哲2   

  1. 1. 火箭军工程大学导弹工程学院, 陕西 西安 710025
    2. 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
  • 收稿日期:2022-07-04 出版日期:2023-11-25 发布日期:2023-12-05
  • 通讯作者: 蔡光斌
  • 作者简介:蔡光斌 (1982—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为新型飞行器制导与控制、智能控制技术及应用
    毛定坤 (1999—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为飞行器故障诊断与容错控制
    杨芊 (1997—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为变体飞行器建模与控制
    李欣 (1999—), 女, 博士研究生, 主要研究方向为飞行器协同制导与控制
    候明哲 (1981—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为非线性控制理论、飞行器制导与控制
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61773387);国家自然科学基金(62073096)

LPV stability control of morphing aircraft based on SDRE

Guangbin CAI1,*, Dingkun MAO1, Qian YANG1, Xin LI1, Mingzhe HOU2   

  1. 1. College of Missile Engineering, Rocket Force University of Engineering, Xi'an 710025, China
    2. College of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
  • Received:2022-07-04 Online:2023-11-25 Published:2023-12-05
  • Contact: Guangbin CAI

摘要:

针对变体飞行器飞行过程中存在的外部扰动和参数不确定性问题, 提出一种基于状态相关黎卡提方程(state-dependent Riccati equation, SDRE)的线性变参数(linear parameter varying, LPV)稳定飞行控制方法。首先, 基于变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型, 综合考虑外部扰动、系统参数误差以及变形产生的附加干扰, 并通过雅克比线性化方法, 得到LPV系统模型。其次, 针对考虑复合干扰的LPV模型, 设计基于SDRE的控制律, 并利用θ-D方法进行求解。最后, 利用蒙特卡罗方法仿真验证了所提方法能够有效抑制复合干扰, 实现飞行器的稳定飞行控制, 具有较强的鲁棒性能和抗干扰能力。

关键词: 变体飞行器, 状态相关黎卡提方程, 线性变参数, θ-D方法, 外部扰动, 参数不确定性

Abstract:

Aiming at the problems of external disturbance and parameter uncertainty in the flight process of morphing aircraft, a linear parameter varying (LPV) stable flight control method based on state-dependent Riccati equation (SDRE) is proposed. Firstly, based on the aerodynamic parameter model and longitudinal nonlinear dynamic model of morphing aircraft, considering external disturbance, system parameter error and additional disturbance caused by deformation, the LPV system model is obtained by Jacobi linearization method. Then, for the LPV model considering composite interference, the control law based on SDRE is designed and solved by the θ-Dmethod. Finally, the Monte Carlo simulation verifies that the proposed method can effectively suppress the compound interference, realize the stable flight control of the aircraft, and has strong robustness and anti-interference ability.

Key words: morphing aircraft, state-dependent Riccati equation (SDRE), linear parameter varying (LPV), θ-D method, external disturbance, parameter uncertainty

中图分类号: