复合鲁棒自适应控制器设计

【作者】 王浩楠； 王曦；

【机构】 北京航空航天大学能源与动力工程学院；

【摘要】 本文研究利用模型参考自适应(MRAC:Model Reference Adaptive Control)控制策略与传统的线性二次型高斯(LQG/LTRLM:Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery Using Lavretsky Method)控制策略相结合,以提高系统的鲁棒性以及瞬态性能的可行性。LQG控制策略与其他控制方法相比,在控制系统的鲁棒性方面有极大的优势,并且设计简单,原理清晰。然而,由于其设计过程中对模型的依赖程度较高,当物理被控对象发生较大的退化时,LQR仍然无法应对。本文探究,基于系统原来已经设计完善的LQG控制器,对其进行MRAC的增强,使其拥有更好的鲁棒性。此方法在使用先进自适应控制策略的同时,保留了原来控制系统的逻辑结构,在实际操作中的可行性更强。本文采用F-16战斗机的短周期模型作为被控对象,在MATLAB/Simulink平台上搭建飞机模型,并进行控制器设计与分析。复合控制器由两部分组成,即基础的LQG控制器,以及MRAC增强部分,实际输入系统的控制量由两部分相加而成。设计原理是,在基础控制器LQG之上,根据李雅普诺夫稳定性原理设计鲁棒自适应控制器,以提高系统的鲁棒性。仿真中可以明显看到在常规运行过程中,增加了MRAC增广的复合控制器,过渡态性能更加平稳。在控制器性能衰退的情况下,MRAC能够使LQG无法稳定下来的系统稳定运行。本文的撰文结构如下:本文将先介绍被控对象模型,而后简单介绍LQG控制器的设计过程,然后详细介绍鲁棒自适应控制器的设计方法以及基于李雅普诺夫原理的稳定性证明。最后对比增强前后的系统性能。体现MRAC增强后控制系统的优越性。更多还原