[发明专利]变体飞行器翼展与控制策略协同设计方法

说明书

本发明公开了一种变体飞行器翼展与控制策略协同设计方法，主要是基于策略迭代思想优化飞行器系统控制性能，属于智能控制领域。设计步骤如下：建立变体飞行器模型；基于性能函数确定求解目标；确定关键求解条件；设计策略迭代算法。本方法针对一类变体飞行器，重点关注翼展参数的影响，构建纵向非线性动力学模型，定义扰动相关的性能函数，通过将Hamilton‑Jacobi方程转化为非线性不等式约束的优化问题，设计基于Sum‑of‑Squares技术的迭代算法，解决Hamilton‑Jacobi方难以求解的问题。以优化Hsubgt;∞/subgt;控制性能为目的，给出翼展参数与Hsubgt;∞/subgt;控制策略协同设计算法，确保系统具有更好的鲁棒性，克服现有算法不能处理系统参数与控制不能联合设计的缺点。

技术领域

本发明涉及一种变体飞行器翼展与控制策略协同设计方法，主要是基于策略迭代思想优化飞行器系统控制性能，属于智能控制领域。

背景技术

变体飞行器可以通过改变结构外形来适应多种飞行环境和飞行任务，实现更好的飞行性能，满足在复杂飞行环境中的多任务需求。变体飞行器的特殊性使其得到广泛关注，尤其针对这类飞行器的变形机构开展了大量的研究工作。对于一般飞行器来说，通常是先设计好系统结构参数，然后开展控制策略的设计工作，然而，如何协调变形机构的参数与飞行器自身的控制机制是变体飞行器亟待解决的问题，并且飞行器变形结构参数和控制器的协调设计势必会比仅仅设计控制策略具有更大的自由度，因此具有获得更好飞行性能的潜力。另外，复杂的飞行环境势必会对飞行器的正常运行造成干扰，如何通过系统参数与控制策略的协同设计保证飞行控制系统具有更好的鲁棒性和可靠性，具有十分重要的实际应用价值，由于这类协同优化问题通常都具有非凸性，目前还没有有效的方法来处理非线性系统参数与控制策略的协同设计问题。

论文《基于Sum-of-Squares最优多项式系统H_∞控制》(刘绍廷，东北大学，2009年毕业论文)与论文《Policy iteration for H_∞optimal control ofpolynomial nonlinearsystems via sum ofsquares programming》(Yuanheng Zhu,Dongbin Zhao,Xiong Yang，Qichao Zhang,《IEEE Transactions on Cybernetics》,2018,48(2),500-509)都基于Sum-of-Squares(SOS)和策略迭代方法研究了非线性系统的近似H_∞控制问题，获得了很好的效果，但是此类方法仅适用于求解非线性系统的鲁棒控制策略，并不能用于求解系统参数与鲁棒控制策略协同设计问题。

发明内容

面向变体飞行器翼展与控制联合优化，本发明设计了一种基于策略迭代的鲁棒控制设计方法，该方法能够同时优化设计变体飞行器的翼展变形率参数和鲁棒控制策略，确保系统稳定性，并且提升飞行器在外部扰动情况下控制性能。

变体飞行器翼展与控制策略协同设计方法，步骤如下：

(a)建立变体飞行器模型

定义变体飞行器的翼展变形率：

其中，b为翼展，b_min和b_max分别是最短翼展和最长翼展，显然ξ∈[0,1]。

结合常规飞行器动力学建模过程，建立变体飞行器的纵向非线性动力学模型: