飞行器导航、制导与控制-11飞行器控制律设计.ppt

飞行器控制律设计
李平、方舟

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位置与姿态
导航与姿态
传感器
期望位置姿态
+
-
偏差
信号
动态飞行模型与控制算法
飞行器
气动力与推力
控制
信号
舵面与
发动机
飞行控制器
环境与负载扰动
实测位置姿态
飞行器导航、制导与控制系统构成
什么是飞行器的控制律
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什么是飞行器控制律
飞行器控制律一般也称为飞行控制算法。
飞行控制原理:根据飞行器的姿态、位置误差,经过控制率(控制算法)运算,产生控制命令驱动执行机构(发动机、舵面)动作,最终减小或消除误差,达到期望的飞行状态。
控制律是飞行控制系统的核心构件。
也是设计者较为容易掌控的软构件。
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飞行器控制律的作用与意义
获得正确控制命令的必要前提。
能够补偿动力学模型的误差。
能够补偿测量环节的误差。
能够调节飞行控制系统品质。
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飞行器控制律的设计依据(1)
最简单的思考:飞行器飞行动力学模型的反向计算(逆模型)。
飞行动力学模型(正模型)
飞行器动力学过程
推力舵面输入
U(S)
姿态位置输出
Y(S)
动力学模型G(S)=Y(S)/U(S)
已知U(S),可算出Y (S)
飞行器控制率(逆模型)
已知Y (S),要求出U (S)
如果逆模型G (S)-1存在,可得到U(S) = G (S)-1 Y(S)
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基于模型的飞行器控制律设计
逆模型控制率设计实际上受到很多限制。
但基于模型的设计是任何自动控制系统控制率设计的基本原则。
这也是自动控制系统设计的第一步必然是求取(建立)被控制对象的数学模型(动力学模型)的根本原因。
模糊控制等智能控制算法实质上也离不开被控制对象的模型,只是模型的形式不一定是传统的数学公式表达而已。
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飞行器控制律的设计依据(2)
飞行器的飞行品质要求(品质规范)
根据飞行规范可得到相应的飞行控制系统性能指标,包括:
稳定性指标
控制精度指标
响应速度(机动性)指标
抗干扰性指标
能耗指标
可靠性指标
实时性指标
……
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飞行器控制律设计面临的问题
飞行器的动力学过程严重非线性;
飞行器动力学模型无法与真实过程完全匹配(未建模动态);
飞行器多控制回路(多输入多输出控制、多变量控制)相互关联(耦合)严重;
飞行环境变化大,外界干扰严重;
飞行品质要求越来越高。
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控制律设计方法综述—控制理论的发展
经典控制理论设计方法
19世纪中叶至20世纪50年代初
现代控制理论设计方法
20世纪50年代末至80年代
先进控制技术设计方法
20世纪90年代至今
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经典控制理论
适用于单输入、单输出(单变量)系统的简单控制系统
基于频域模型
将描述动态系统的微分方程模型经过拉普拉斯积分变换转换为传递函数模型
基于解析和图形方法的简单计算
主要进行稳定性分析
最具代表性的控制算法—— PID(比例/积分/微分)控制
在模拟电路自动化装置基础上实现
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