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张绍杰,李硕,严鹏,鲁可.直升机切换LPV鲁棒跟踪控制[J].南京航空航天大学学报,2021,53(2):260-266
直升机切换LPV鲁棒跟踪控制
Switching LPV Robust Tracking Control for Helicopters
投稿时间:2020-07-22  修订日期:2020-10-15
DOI:10.16356/j.1005-2615.2021.02.013
中文关键词:  直升机  线性变参数建模  切换多胞系统  跟踪控制  模态依赖平均驻留时间
英文关键词:helicopter  linear variable parameter(LPV) modeling  switching polytopic system  tracking control  mode-dependent average dwell time(MDADT)
基金项目:航空科学基金(201957052002)资助项目;江苏省自然科学基金(BK20201291)资助项目。
作者单位邮编
张绍杰 南京航空航天大学自动化学院南京 211106 211106
李硕 南京航空航天大学自动化学院南京 211106 211106
严鹏 南京航空航天大学自动化学院南京 211106 211106
鲁可 南京航空航天大学自动化学院南京 211106
中国直升机设计研究所直升机旋翼动力学重点实验室景德镇 333001 
333001
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中文摘要:
      针对直升机跟踪控制问题,提出了一种基于模态依赖平均驻留时间(Mode-dependent average dwell time,MDADT)切换信号的线性变参数(Linear variable parameter,LPV)控制方法。在直升机全飞行包线内选取可以表征直升机飞行特性的状态作为增益调度变量,利用“小扰动”假设将全量方程进行线性化处理并对其配平求解,将复杂的非线性模型转化为可以计算求解的线性模型。采用雅可比线性化方法在非线性模型平衡点处进行线性化处理,使用数据拟合的方法在理论上建立与非线性模型动态接近的LPV模型。对时变参数进行区间划分,结合参数依赖的多Lyapunov函数和MDADT方法,给出了保证切换LPV系统全局一致指数稳定的充分条件。考虑时变参数的渐变特性,以及由于测量误差和参数飘移等因素而造成的控制器增益变化,得到了在MDADT切换信号限制下的切换律。仿真结果表明所设计的控制律能有效动态跟踪直升机前飞的不同状态量,验证了所建模型和控制算法的有效性和可行性。
英文摘要:
      A linear parameter-varying (LPV) control scheme under the mode-dependent average dwell time (MDADT) switching signals is proposed. In the full flight envelope of the helicopter, the state vectors that can describe the flight characteristics of the helicopter are selected as the gain scheduling variable, and the “small disturbance” hypothesis is used to linearize the mathematic model. The Jacobian linearization is used to get the linear model, and the LPV model is established by data fitting. Combined with the parameter-dependent multi-Lyapunov function and the average dwell time method, the time-varying parameters are divided into intervals, and a sufficient condition to ensure the global uniform exponential stability of the switching LPV system is given. Considering the gradual change of time-varying parameters, the switching law in the limitation of the MDADT switching is obtained. On the other hand, the gain change of the controller caused by measurement error and parameter drift is also considered. Simulation results indicate the effectiveness and feasibility of the proposed model and the control method.
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