基于改进粒子群算法的直升机鲁棒H∞控制器设计

摘要

对直升机的研究是比较热门的问题，为确保其飞行安全、提高飞行品质和作战效能，必须采取行之有效的控制方法。考虑直升机是一复杂动力学系统，且必须严格满足品质规范ADS-33在时频域的多方面性能要求，文中采用鲁棒控制理论与粒子群优化算法相结合开展直升机飞行控制器的设计。鉴于粒子群优化算法易进入局部极小值等不足，提出一种自适应优化学习因子的改进措施，具体研究内容如下：
　　1.直升机线性化模型的建立。通过对直升机的结构组成分析直升机的坐标系以及力和力矩的作用，运用牛顿定律建立直升机非线性化运动方程组，然后采用微扰动法对该非线性运动方程进行线性化处理，得到直升机六自由度机体线性化数学模型，为鲁棒H∞控制器的设计奠定基础。
　　2.提出改进粒子群优化算法。考虑基本粒子群优化算法易陷入局部极小值且收敛性能差等不足，研究基本粒子群优化算法中各参数的选取方法，引入线性递减函数的思想，提出一种自适应调整学习因子的改进型粒子群优化算法。通过6种经典基准测试函数对其验证，结果表明该方法具备良好的收敛速度与搜索精度，并将该改进型粒子群优化算法应用于某不稳定系统PID控制器设计中，取得良好的控制效果。
　　3.采用改进粒子群优化算法开展直升机鲁棒H∞控制器设计。基于LMI的鲁棒H∞控制器设计关键问题为加权函数阵选取，为提高选取加权函数阵的效率，采用改进粒子群优化算法对其寻优求解，进而设计出满足性能要求的鲁棒H∞控制器，同时依据直升机8阶线性化数学模型采用该改进粒子群算法设计出16阶鲁棒H∞控制器，仿真结果表明，该直升机鲁棒H∞控制器的具有很好的动态特性与解耦性。
　　4.采用改进粒子群优化算法开展直升机鲁棒H∞降阶控制器设计。基于LMI的鲁棒H∞降阶控制器设计关键问题为秩约束非凸优化问题，研究此类非凸优化问题，采用改进粒子群优化算法寻优求解，设计出满足条件的12阶鲁棒H∞降阶控制器。仿真结果与16阶鲁棒H∞控制器相比较，得出该12阶降阶控制器具备相同的控制效果。

目录

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目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 直升机飞行控制研究现状

1.3 粒子群算法的应用及其研究现状

1.4 论文的主要内容和结构安排

第2章 直升机线性化模型

2.1 引言

2.2 直升机机体坐标系

2.3 直升机非线性数学模型

2.4 直升机线性化模型

2.5 本章小结

第3章 粒子群优化算法

3.1 引言

3.2 基本粒子群算法

3.3 改进粒子群优化算法

3.4 算例及分析

3.5 改进粒子群算法在PID控制器设计中的应用

3.6 本章小结

第4章 直升机鲁棒H∞控制器设计

4.1 引言

4.2 鲁棒H∞控制设计问题

4.3 基于改进粒子群算法的鲁棒H∞控制器设计

4.4 基于改进粒子群算法的直升机鲁棒H∞控制器设计

4.5 直升机飞行控制系统时间响应分析

4.6 本章小结

第5章 直升机鲁棒H∞降阶控制器设计

5.1 引言

5.2 基于LMI的降阶H∞控制器设计问题

5.3 基于改进粒子群算法的H∞降阶控制器设计

5.4 基于改进粒子群算法的直升机H∞降阶控制器设计

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢

附录

附录A：直升机模型数据

附录B：直升机鲁棒H∞控制器

附录C：直升机鲁棒H∞降阶控制器

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