[发明专利]一种基于鲁棒伺服增益调度无人机控制器的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于鲁棒伺服增益调度无人机控制器的设计方法，属于无人机鲁棒控制技术领域，包括以下步骤：S1：采用基于函数替代法的改进模型线性化处理方法，通过改进对建立LPV系统模型的函数替换法，并使用其建立变结构无人机的纵向LPV系统模型；S2：采用基于结构矩阵的变增益控制方法，引入额外状态和结构矩阵，对控制器结构进行简化；S3：利用步骤S2中的基于结构矩阵的变增益控制方法得到控制器结构的初步表达式，将其简化后最终结构表达式。本发明设计出的控制器实现了对线性变参数系统的控制，克服了对高阶数和高频带控制器实现的缺点，具有很高的实用价值，可时变系统等不确定性扰动等领域中使用和推广。

技术领域

本发明涉及无人机鲁棒控制技术领域，具体涉及一种基于鲁棒伺服增益调度无人机控制器的设计方法。

背景技术

对于变参数系统，传统的变增益控制只能实现参数在参数固定的线性定常系统中的稳定和可靠性。对于符合参数慢变条件的LPV(Linear Parameter-Varying)系统，系统的稳定性是可以依据于固定参数的线性定常系统的稳定性进行判断，但对于其它一般的LPV系统而言，这种稳定性是不等价的。

目前针对于此类问题，学者对LPV系统和传统的鲁棒控制理论进行了研究了，提出了LPV系统的鲁棒控制问题，将线性定常系统的鲁棒控制方法推广到了LPV系统之中。文献从理论上研究了LPV系统的H_∞输出反馈控制，研究了一种有限参数变化率下的鲁棒控制问题，把LPV系统的鲁棒控制问题描述为LMI约束下的凸优化问题。与线性定常系统的鲁棒控制相同，LPV系统的H_∞鲁棒控制方法可以通过LMI进行求解。

在LPV系统而言，Lyapunov矩阵和控制器矩阵一般都是参数依赖的，所以需要根据在线测量的参数值来解算控制器矩阵。由于实际中不是所有状态都是可测的，所以输出反馈是一种更为实用的方法，而对于LPV系统的H_∞输出反馈鲁棒控制，同样存在控制器矩阵和Lyapunov矩阵耦合的问题，由于凸优化算法实时性的问题，使得在线求解LMI变得不现实，所以对于LPV系统的鲁棒控制，需要重点考虑两个问题：变参数的影响和控制器的在线计算。对于前者，需要在有界实引理层面就把参数变化考虑进去，从而推导出参数变化对控制器的影响；对于后者，需要寻求通过避免在线求解LMI的新方法来求解控制器。

针对LPV系统鲁棒控制存在上述问题，一种最简单的方法是以二次稳定性理论为基础，在整个变参数区域内，寻找一个公共的二次Lyapunov函数，然后构造控制器。该方法求解比较简单，但是由于需要在整个参数变化区域寻求公共的Lyapunov函数，所以存在较大的保守性。受该方法启发，后续研究者们提出的其它方法来降低其保守性，这些方法可以概括为两类：一类是基于多胞型的方法，即对于多胞型的LPV系统，只需求得其多胞型的定点控制器，然后在参数在线变化时，根据变参数得在线测量值，对定点控制器进行插值，可以求得鲁棒变增益控制器，该种方法应用于导弹控制，该类似方法设计简单，但是只适用于多胞型LPV系统，同类方法得使用基于二次稳定判据得状态反馈方法设计LPV系统的控制器；第二类方法使用参数依赖Lyapunov方法，该类方法研究了考虑参数变化率情况下的H_∞输出反馈控制，同类方法还有使用参数依赖Lyapunov方法，不过设计得是前馈控制器，该类方法种控制器多采用构造方法获得。

目前为实现LPV系统的控制，设计出来的仍然是线性定常系统控制器，将参数变化完成作为不确定性来处理，带有很大的保守性，尽管后来研究了LPV系统变增益开关PID控制方法，但是现有方法对被控系统的具体形式有要求。因此，通过设计某种控制器实现对LPV系统的控制，具有重大的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何设计某种控制器实现对LPV系统的控制，提供了一种基于鲁棒伺服增益调度无人机控制器的设计方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：