基于LQR/PID控制飞机俯仰角的仿真研究

李卫卫，李 凌

(沈阳化工大学 信息工程学院， 辽宁 沈阳 110142)

飞机在空中飞行时，飞行参数会受到高度、马赫数的影响，而且俯仰姿态也会发生变化.因此，为使飞机能够平稳飞行就需要设计合适的控制器.现阶段国内外有很多对飞机俯仰姿态的研究，现代飞机的设计主要依靠自动控制系统来控制飞机各个子系统.自动控制系统的进步在飞机的发展中发挥了重要作用.通常，飞机的飞行运动包含3个旋转运动和3个平移运动，飞机的控制策略可分为横向控制和纵向控制[1].其中，俯仰控制是一种纵向控制，因此可以采用飞机纵向模型设计飞机的俯仰角控制器.在纵向控制中，俯仰角被控制，飞机的俯仰可以看作绕侧轴旋转，它是水平线上的速度方向与垂直平面之间的夹角，另外，偏转角用于控制位于飞机后部的俯仰.在过去，许多研究人员做过控制飞机的俯仰、滚转和偏航以稳定飞机的研究工作，这一课题至今仍是一个具有挑战性的问题[2-3].针对飞机俯仰姿态以及俯仰角的控制已经有多种方法，例如基于遗传算法的LQR和PID控制器[4]，模糊PID控制[5]，GA调谐LQR和PID控制器[6]，混合EKF和NDO的鲁棒自适应控制器[7]，串级 PID 控制方案所设计的P-PID和PD-PI控制器[8]，H∞控制理论应用于飞机俯仰角控制系统的设计[9]等.

本文主要介绍了飞机俯仰角的基本控制方法LQR控制器和PID控制器.LQR控制响应速度快，跟踪性能好，在LQR的设计中，可手动调节增益k的值，使性能指标J被优化，但是会存在不确……