[发明专利]针对多时滞四旋翼直升机飞控系统的鲁棒容错控制方法

说明书

本发明公开了一种针对多时滞四旋翼直升机飞控系统的鲁棒容错控制方法。在传感器故障情况下，构造一种具有全局鲁棒性的拟积分型滑模预测模型。基于粒子群优化算法，改进了滚动优化过程，提高了收敛速度。通过含有补偿项的参考轨迹，抑制了系统不确定性、多时滞以及传感器故障对系统性能造成的不良影响。本发明用于一类带有状态时滞和输入时滞的传感器故障不确定离散系统的鲁棒容错控制。

技术领域

本发明涉及一种针对多时滞四旋翼直升机飞控系统的鲁棒容错控制方法，属于时滞不确定离散系统的鲁棒容错控制技术领域。

背景技术

容错控制作为一门新兴的交叉学科，其意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时仍然可以稳定运行，且具有可以接受的性能指标。如果不能及时处理执行器、传感器及其他部件发生的故障，系统会以不可预知的方式工作，甚至导致灾难性的后果，因此容错控制已成为亟需研究的课题。

尽管基于滑模的容错控制方法已得到了长足的发展，但其对各种输入约束及时滞的处理，往往难以满足实际系统对快速性的高要求。针对这些问题，预测控制不仅能较好处理输入约束、模型不确定性及外部干扰，而且能够利用其自身的预测和优化能力，消除时滞对系统控制性能造成的影响，因而也逐渐被用于容错控制领域中。若能在容错控制系统中将滑模控制与预测控制相结合，不仅能够充分利用了滑模控制设计简单、鲁棒性强等特点，而且通过预测控制还能有效解决系统约束等对系统控制性能的影响，进一步优化容错控制效果。

时滞的存在会造成系统容错控制性能的明显降低，甚至系统失稳，因而带有时滞的系统容错控制一直是控制领域的难点问题。目前已有部分学者开始研究带有状态时滞的容错控制问题，然而，目前关于带有输入时滞以及多时滞的不确定系统的容错控制的研究与应用还鲜有关注，滑模预测容错控制方法的研究就更是少之又少。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种针对多时滞四旋翼直升机飞控系统的鲁棒容错控制方法，能够在所设计的离散滑模预测控制律的作用下，通过利用粒子群快速准确寻优，并通过一种含有补偿项的参考轨迹有效地不确定性、多时滞以及传感器故障对系统性能造成的不良影响，使得在传感器故障情况下，多时滞不确定离散系统保持鲁棒稳定。

技术方案：一种针对多时滞四旋翼直升机飞控系统的鲁棒容错控制方法，该方法结合了滑模控制与预测控制设计思想，构造一种拟积分型滑模预测模型，该模型能够保证系统存在多时滞情况下的全局鲁棒性；基于粒子群优化算法，改进了滚动优化过程，该方法不仅能够快速准确地求解出满足输入约束条件的控制律，而且有效避免了传统粒子群算法在寻优过程中易陷入局部极值点和收敛速度慢的问题；通过含有补偿项的参考轨迹，能够将系统不确定性、多时滞以及传感器故障对系统性能的影响降到可接受的范围，同时在理论上可以抑制甚至消除抖振，用以针对一类带有状态时滞和输入时滞的传感器故障不确定离散系统的鲁棒容错控制，包括如下具体步骤：

步骤1)确定不确定离散系统模型及其参数：

步骤1.1)确定开环时滞不确定控制系统模型为式(1)，其中，x(k)∈Rⁿ为状态量，u(k)∈R^p为输入量，y(k)∈R^q为输出量，A∈R^n×n、B∈R^n×p、A_d∈R^n×n、B_d∈R^n×p和C∈R^q×n为常值矩阵，ΔA、ΔA_d、ΔB和ΔB_d为参数摄动，τ₁，τ₂∈R⁺分别为状态和输入时滞，且其上界分别为τ_1up，τ_2up，v(k)∈Rⁿ为外部干扰，u_max 、u_min分别为输入约束的上下界；