飞行器抗饱和鲁棒自适应非线性模型预测控制

王 超, 张胜修, 宋仔标, 杨建业, 吴晓露

(1. 火箭军工程大学士官学院, 山东 青州 262500; 2. 火箭军工程大学自动控制工程系, 陕西 西安 710025)

0 引 言

为了提高生存能力,顺利完成打击任务,在一些特殊飞行段(如发射段、地形跟踪与回避段、末端攻击段)要求巡航飞行器具备在极大的空域进行大机动飞行的能力。如何以先进的控制技术作支撑,设计具有良好控制效果的控制器就显得意义重大。动态逆控制[1]、变结构控制[2]、自适应反步法[3]等目前常见的非线性飞行控制方法,虽鲁棒性较强,但未系统地解决飞行器状态及输入约束问题,容易造成状态及输入超限,影响高机动时的控制性能。基于较准确的辨识模型,自适应非线性模型预测控制(adaptive nonlinear model predictive control,ANMPC)[10-12]可以实现大范围的高精度控制,为解决以上不足提供了一种方法。笔者在文献[13]中设计了带有在线气动参数辨识的自适应非线性预测控制器,实现了气动特性大幅变化条件下飞行器机动飞行时的抗饱和自适应控制。为进一步克服外部扰动的影响并保证估计参数收敛前系统的鲁棒稳定性,算法还必须配合使用鲁棒控制的方法[14-16]。

为此,以一类被控对象的精确参数模型未知且受外界干扰的约束不确定非线性系统为研究对象,研究了一类基于在线参数辨识并带有模糊干扰观测器(fuzzy disturbance observer,FDO)补偿的鲁棒自适应非线性模型预测控制(robust adaptive nonlinear model predictive control,RANMPC)方法(简记为FDO-RANMPC方法)及其在巡航飞行器底层姿态控制系统设计中的应用。

本文首先引入……