航空学报 > 2011, Vol. 32 Issue (9): 1678-1685   doi: CNKI:11-1929/V.20110330.1306.005

基于H最优化与层次结构动态逆的非线性飞行控制器设计

曹立佳, 张胜修, 李晓峰, 刘毅男   

  1. 第二炮兵工程学院 自动控制工程系, 陕西 西安 710025
  • 收稿日期:2010-12-08 修回日期:2011-01-06 出版日期:2011-09-25 发布日期:2011-09-16
  • 通讯作者: 张胜修(1963-) 男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:组合导航与飞行器制导控制。 Tel: 029-84741963 E-mail: zsx1963@yahoo.com.cn E-mail:zsx1963@yahoo.com.cn
  • 作者简介:曹立佳(1982-) 男,博士研究生。主要研究方向:飞行器控制、仿真与决策。 Tel: 029-84741963 E-mail: caolijia82@gmail.com; 李晓峰(1982-) 男,博士研究生。主要研究方向:飞行器控制 与成像制导。 Tel: 029-84741963 E-mail: xiaofeng_li@126.com; 刘毅男(1983-) 男,博士研究生。主要研究方向:飞行器控制、仿真与决策。 Tel: 029-84741963 E-mail: spacemanren@qq.com
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(60874093)

Nonlinear Flight Controller Design Using H Optimization and Hierarchy-structured Dynamic Inversion

CAO Lijia, ZHANG Shengxiu, LI Xiaofeng, LIU Yi'nan   

  1. Department of Automatic Control Engineering, The Second Artillery Engineering College, Xi'an 710025, China
  • Received:2010-12-08 Revised:2011-01-06 Online:2011-09-25 Published:2011-09-16

摘要: 针对扰动环境下的导弹飞行控制问题提出一种基于H最优化与层次结构动态逆(HSDI)的鲁棒非线性控制方法。设计层次结构动态逆控制器时将层次结构优化为3层,并按照时标分离的思想调整了各层次的状态变量,使得控制器更为简洁。在此基础上,将层次结构动态逆控制器与导弹6自由度(DOF)非线性模型联合作为H控制的广义被控对象,通过引入二自由度H最优化理论并重构广义被控对象的状态变量设计了H鲁棒控制器。闭环系统的奇异值分析和对某型有翼导弹进行的6自由度飞行仿真表明,所设计的飞行控制器具有良好的指令跟踪和抗干扰能力。

关键词: 导弹, 飞行控制, H最优化, 层次结构动态逆, 层次结构调整, 状态变量重构

Abstract: A nonlinear flight controller design using H optimization and hierarchy-structured dynamic inversion(HSDI)is proposed for a winged missile with disturbance considered. The structure of HSDI is reduced to three layers according to their time-scales and variables are recategorized to simplify the HSDI controller design. Then, the HSDI controller and the nonlinear 6 degrees-of-freedom(DOF)dynamic model of the researched missile are used to compose the generalized plant. More-over, the state variables of plant are rearranged. And a 2 DOF H control structure is also introduced to enhance robustness performance. The analysis of close-loop system singular values and nonlinear 6 DOF flight simulation results presented in the paper demonstrate the good tracking performance and disturbance rejection of the designed flight controller.

Key words: missiles, flight control, H optimization, hierarchy-structured dynamic inversion, hierarchy-structure modification, state variable rearrangement

中图分类号: