[发明专利]一种基于切换模式MPC的飞行器控制方法

权利要求书

1.一种基于切换模式MPC的飞行器控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：模型预测控制系统的分析是基于研究对象的数学模型，假设以离散形式描述的研究对象数学模型如下所示：其中，x为状态变量，u为状态变量，w为状态变量，y为状态变量，A为系统矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵，F为扰动矩阵，k为采样时刻，目标函数定义为：J＝(R_S-Y)^T(R_S-Y)其中，R_S是输出的期望值，Y是输出量的预测序列，其控制过程表现为针对目标函数的优化，在每一采样时刻系统都会计算出一个最优的输入序列：U^*＝[u^*(k) u^*(k+1) … u^*(k+N_c-1)]^T，其中N_c为系统的控制域，传统MPC控制过程中，系统只将输入序列第一个元素u^*(k)作用于对象；

S2：定义系统的切换条件为如下二元方程形式：P(y^*(k),y(k))＝[y^*(k)-y(k)]²，其中y^*(k)为系统的实际输出，y(k)为预测输出，引入状态变量和权重后，可定义为：其中，y(k)表示输出，表示预测值，x(k)为状态变量，||·||表示常规欧几里得规范，λ为相邻采样时刻状态变量的差值的权重；

S3：设置两个阈值ε₁和ε₂(ε₂＞ε₁)，比较切换方程P与ε₁、ε₂的大小，当P的值大于阈值ε₂时，系统会切换到控制域较大的MPC控制器计算出最优控制序列，并将序列的第一个元素作为控制信号作用于控制对象；当P的值小于或等于阈值ε₂大于ε₁时，系统会切换到控制域较小的MPC控制器计算出最优控制序列，并将序列的第一个元素作为控制信号作用于控制对象；当P的值小于阈值或等于ε₁时，此时系统将不需要计算新的最优控制序列，若第一次不满足触发条件，系统将取上一时刻计算的最优控制序列的第二个元素作为控制信号；若系统是连续第二次不满足触发条件，将取上一时刻计算的最优控制序列的第三个元素作为控制信号，以此类推，系统的控制变量表示如下：中，P(·)表示系统的触发方程，为输入信号，u(k)为最优控制序列的第一个元素，u(k+j-1)为输入序列的第j个元素，j表示系统连续不满足触发条件的次数。

2.根据权利要求1所述的一种基于切换模式MPC的飞行器控制方法，其特征在于：所述切换模式的MPC算法流程具体步骤如下：

Step1：在某一采样时刻，当系统满足切换条件1(P(y^*(k),y(k))＞ε₂)时，转到Step2；当系统满足切换条件2(ε₁≤P(y^*(k),y(k))＜ε₂)时，转到Step3，否则，转到Step6；

Step2：采用控制域较大的MPC控制器计算下一个时刻的最优输入序列和其对应的预测输出序列；

Step3：采用控制域较小的MPC控制器计算下一个时刻的最优输入序列和其对应的预测输出序列；

Step4：将控制序列的第一个元素作为控制信号作用于控制对象；

Step5：在下一采样时刻，转到Step1；

Step6：将前一时刻最优序列对应的值作为控制信号作用于控制对象，然后在下一个采样时刻转到Step1。