基于LMI的无人直升机姿态解耦鲁棒控制器设计

4 基于LMI的H∞鲁棒控制器设计

无人直升机具有强烈的静不稳、强耦合、不确定性特点。采用极点配置方法解决了4通道之间的耦合问题。但是,无人直升机受扰之后模型参数摄动非常明显,该问题可以采用H∞鲁棒控制器给予解决。无人直升机姿态控制器实质上是一个具有良好跟踪性能的四输入——四输出控制器[6,7,8]。原理示意框图如图3所示:

其中,

为权重函数;为H∞控制器。

4.1 权重函数选取

5 仿真实验结果及性能评估

图7表明动态性能和解耦效果很好,当总距通道和偏航通道存在操纵输入时,本通道的调节时间很短(0.8s左右)、超调很小(11%左右)并且几乎不存在通道耦合。图7表明在被控对象参数摄动时,设计的鲁棒控制器仍然可以完成控制任务,效果与摄动之前没有明显恶化,并且存在摄动的通道对其它通道的影响不大。

6 结束语

本文首先比较详细地介绍了小型无人直升机完备的空气动力学模型建立过程;然后运用状态反馈进行极点配置,把无人直升机解耦成四个相互独立的通道;最后运用回路成形理论设计了H∞鲁棒控制器,解决了无人直升机模型参数摄动范围大的问题。论文还对所设计的控制器进行了仿真验证,结果表明控制效果达到了ADS—33E—PRF标准LEVEL1的要求。本文为设计基于先进算法的无人直升机自动驾驶仪进行了理论方面的探讨,为控制器后续工程实现、半实物仿真和试飞验证奠定基础。