[发明专利]一种飞行控制系统自适应调参方法

摘要

本发明公开了一种飞行控制系统自适应调参方法，在设计过程中飞行控制系统结构固定，在飞行包线大幅变化情况下，通过建立飞行控制系统未知参数与闭环系统极点间的约束关系，实现飞行控制系统的鲁棒自适应调参。在设计过程中，首先依据飞行器模型的带宽频率，延迟时间，幅值裕度和相位裕度等飞行品质进行相应的性能约束，构建满足飞行性能要求的区域，然后再利用保护映射理论，获取满足区域稳定要求的飞行控制系统的设计参数，同时自动生成满足要求的控制器集合，实现控制系统的自适应调参。更为重要的是，调参过程中既可以对单参数进行调节，也可以实现多参数的协调综合设计，满足飞行控制系统多目标的设计参数整定需求。

主权项

1.一种飞行控制系统自适应调参方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：初始化飞行控制系统，其控制律的表达式为：Δδe=KzθΔθ+Kzθ·Δθ·+Kzh(Δh-Δhg)+Kzh·Δh·]]>其中，Δθ和分别表示飞行器的俯仰角偏差及其变化率;Δh和表示飞行器的高度偏差及其变化率;Δδ_e表示飞行器的舵面偏转角;Δh_g为飞行器高度指令信号;为需要整定的控制参数；步骤二：设置综合飞行控制系统与飞机模型的闭环控制系统的设计目标为：极点最大的实部α_t≤-1；短周期极点最小的阻尼比ξ_t≥0.6；短周期最大自然频率ω_t≤10；Ω_t=Ω(α_t,ξ_t,ω_t)作为目标区域；步骤三：选择未知增益参数集合K_j(j=1,...,p)（K∈R^P），设置作为初始值，结合步骤二中的设计目标区域，得到迭代区域：求取步骤二所述闭环控制系统状态矩阵A(f(K⁰))的特征值Λ={λ₁,λ₂,...,λ_n}，判断是否均处于目标区域Ω_t内，若完全在内，则满足控制目标要求，即初值是符合控制要求的精确增益参数值，停止搜索；如果不完全在目标区域Ω_t内，则判断A(f(K⁰))是否为稳定系统，即判断是否有右半平面的极点，若有,则仅由稳定裕度α和自然频率ω两个参数约束,定义区域Ω_Λ为包含稳定矩阵A所有特征值的最小区域，即Λ∈Γ_Λ，区域Γ_Λ=Γ(α_Λ,ω_Λ)唯一定义，其中α_Λ=max{Re(λ_i)}和ω_Λ=max{|λ_i|}；结合目标区域,可以定义迭代区域Γ_U=Γ(α_U,ω_U)，其中α_U=α_Λ，ω_U=max{ω_t,ω_Λ}；否则,稳定区域Ω由(α,ξ,ω)进行约束,定义区域Ω_Λ是包含矩阵A所有特征值的最小区域，即Λ∈Ω_Λ，且区域Ω_Λ=Ω(α_Λ,ξ_Λ,ω_Λ)唯一定义，其中α_Λ=max{α_t,α_Λ}，ξ_Λ=min{ξ(λ_i)}ω_Λ=max{|λ_i|}；结合目标区域,可以定义迭代区域Ω_U=Ω(α_U,ξ_U,ω_U)，其中α_U=max{α_t,α_Λ}，ξ_U＝min{ξ_t,ξ_Λ}ω_U=max{ω_t,ω_Λ}；依据定义迭代区域，设定闭环控制系统的稳定集合为：S(ΩU)={A(K0)∈Rn×n:σ(A(K0))⋐ΩU}]]>σ(A)是矩阵A的特征值；所述迭代区域内三个参数的保护映射关系为：vα(A(f(K0)))=det(A(f(K0))2/-αU/⊗/)det(A(f(K0))-αU/)]]>vξ(A(f(K0)))=det(A(f(K0)))·det(A(f(K0))2⊗/+(1-2ξU2)A(f(K0))⊗A(f(K0)))]]>vω(A(f(K0)))=det(A(f(K0))⊗A(f(K0))-ωU2/⊗/)·det(A(f(K0))-ωU/)det(A(f(K0))+ωU/)]]>其中，v_α,ν_ξ,ν_ω分别表示迭代区域所对应的保护映射关系；A(f(K⁰))为飞行器闭环控制系统的状态空间矩阵；det为矩阵A(f(K⁰))的行列式；I表示单位阵；表示矩阵的Bialternate积；步骤四：求取闭环控制系统状态矩阵A(f(K⁰))的特征值，判断是否均处于目标区域Ω_t内，若完全在内，则满足控制目标要求，即初值是符合控制要求的精确增益参数值，停止搜索；如果不完全在目标区域Ω_t内，则进行步骤五；步骤五：按照保护映射理论,根据飞行控制系统多目标的设计参数整定实际需求，依据飞行模型中存有的单变量或双变量，分别应用单参数或双参数算法，选择整定过程，迭代出一组新的增益参数值K'；步骤六：根据步骤五得到的迭代的新的增益参数值，和迭代前的参数值，依据||K^m-K^m+1||≤ε_K(1+||K^m||)进行的判定，其中ε_K是一个适当小的正数值，若该式不满足，继续回到步骤五，将K'作为初值来进行迭代,得到新的参数值；若该式满足，则计算A(f(K′))的特征值，判断是否均处于目标区域Ω_t内，若完全在内，则满足控制目标要求，即初值是符合控制要求的精确增益参数值，停止搜索；如果不完全在目标区域Ω_t内，则返回步骤三,重新定义迭代区域,完成参数整定过程；步骤七：用步骤六新的增益参数值得到闭环控制系统状态矩阵A(f(K))中，验证控制系统的指标值是否符合控制的设计目标要求，如符合控制的设计目标要求，则结束。