飞机-驾驶员闭环系统模糊预见控制器设计

doi:10.7527/S1000-6893.2013.0450

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飞机-驾驶员闭环系统模糊预见控制器设计

程建锋, 董新民, 薛建平, 王小平, 王旭峰, 支健辉

空军工程大学航空航天工程学院, 陕西西安 710038

收稿日期:2013-04-03 修回日期:2013-11-04 出版日期:2014-03-25 发布日期:2013-12-04
通讯作者: 董新民，Tel.：029-84787400-801 E-mail：dongxinmin@139.com E-mail:dongxinmin@139.com
作者简介:程建锋男，博士研究生。主要研究方向：飞行器导航、制导与控制。Tel：029-84787400-802 E-mail：chengjianfeng20008@163.com；董新民男，博士，教授，博士生导师。主要研究方向：飞行器控制理论及应用，人机工程。Tel：029-84787400-801 E-mail：dongxinmin@139.com
基金资助:
国家自然科学基金（61304120）

Fuzzy Preview Controller Design for Aircraft-pilot Closed Loop System

CHENG Jianfeng, DONG Xinmin, XUE Jianping, WANG Xiaoping, WANG Xufeng, ZHI Jianhui

College of Aeronautics and Astronautics Engineering, Air Force Engineering University, Xi'an 710038, China

Received:2013-04-03 Revised:2013-11-04 Online:2014-03-25 Published:2013-12-04
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (61304120)

摘要/Abstract

摘要：

针对驾驶员操纵延迟和飞机不确定性所导致的人-机系统跟踪性能降低的问题，提出一种基于T-S模糊模型的鲁棒预见辅助驾驶方法。建立驾驶员-飞机时滞不确定T-S模糊模型，引入预见控制思想补偿驾驶员延迟，以跟踪误差和驾驶员操纵负担为性能指标，将存在模型不确定性的人-机指令跟踪问题转化为模糊最优保性能控制问题，并推导了该凸优化所应满足的线性矩阵不等式。为克服预见步数增多引起增广系统维数较大、进而导致线性矩阵不等式不易求解的缺陷，设计了一种次优的预见控制器。最后，分别通过驾驶员模型仿真和飞行模拟器实验，验证了所设计的模糊预见控制器的有效性。

关键词: 人-机指令跟踪, 鲁棒预见控制, 最优保性能, T-S模糊系统, 线性矩阵不等式

Abstract:

A robust preview assistant operation method based on a T-S fuzzy model is presented in this paper to deal with the decrease of the tracking performance of a man-machine system caused by pilot manipulation delay and aircraft uncertainty. The pilot-aircraft relationship is modeled as an uncertain input-delay T-S fuzzy system, and the preview control theory is applied to compensate for pilot manipulation delay. Based on the performance indices including tracking error and pilot control burden, the man-machine command tracking problem with model uncertainty is transformed to a fuzzy optimal guaranteed cost control issue, and the linear matrix inequalities which satisfy the convex optimization are deduced. A suboptimal preview controller is designed to overcome the deficiency that the linear matrix inequalities cannot be easily solved because the augmented system dimension increases with the growth of preview steps. Finally, the efficiency of the designed fuzzy preview controller is validated through a pilot model simulation and a flight simulator experiment.

Key words: man-machine command tracking, robust preview control, optimal guaranteed cost, T-S fuzzy system, linear matrix inequalities

中图分类号:

V249.1
TP273

程建锋, 董新民, 薛建平, 王小平, 王旭峰, 支健辉. 飞机-驾驶员闭环系统模糊预见控制器设计[J]. 航空学报, 2014, 35(3): 807-820.

CHENG Jianfeng, DONG Xinmin, XUE Jianping, WANG Xiaoping, WANG Xufeng, ZHI Jianhui. Fuzzy Preview Controller Design for Aircraft-pilot Closed Loop System[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2014, 35(3): 807-820.

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