基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制.docx

基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制
基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制
摘要：随着航空技术的不断发展，变形机翼作为一种新型的飞行器设计和控制方式，受到了广泛关注。然而，变形机翼系统在面临饱和控制问题时，传统的控制算法往往表现不佳。本文提出了一种基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制算法，通过引入扩张状态观测器来实时估计系统状态，结合传统控制算法用于实现对变形机翼系统的抗饱和控制。仿真结果表明，该方法能够有效地提高变形机翼系统的控制性能。
关键词：变形机翼，抗饱和控制，扩张状态观测器
1.引言
随着航空技术的发展，对飞行器的性能和效率要求也越来越高。在传统的固定机翼飞行器中，机翼的形态是固定的，无法根据不同飞行阶段和工况的需要进行灵活调整。而变形机翼通过调整机翼形态，能够在不同的飞行阶段和工况下获得更好的飞行性能。因此，变形机翼被广泛研究用于提高飞行器的性能和效率。
然而，变形机翼系统在面临饱和控制问题时，传统的控制算法往往效果不佳。饱和现象是指当控制输入的范围超过了由机构限制造成的最大/最小范围时，导致输出的变化停滞或趋于饱和。这种现象会使系统的控制性能下降，甚至引起系统的不稳定。因此，研究如何解决变形机翼系统的饱和控制问题，提高系统的控制性能是非常重要的。
2.变形机翼的抗饱和控制方法
为了解决变形机翼系统的饱和控制问题，本文提出了一种基于扩张状态观测器的控制方法。扩张状态观测器是一种基于输入-输出数据的状态估计器，通过对系统输入和输出数据的实时观测和处理，实现对系统状态的估计。在变形机翼系统中，扩张状态观测器可以用于实时估计机翼形态参数的变化，从而通过调整控制输入来抑制饱和现象的发生。
具体而言，扩张状态观测器的设计包括以下几个步骤：
(1)建立变形机翼系统的数学模型，包括机翼形态参数的变化对系统动力学的影响。
(2)利用系统输入和输出数据，通过最小二乘法估计系统动力学模型的参数。
(3)根据估计的系统动力学模型，设计扩张状态观测器的结构和参数。
(4)利用扩张状态观测器对系统状态进行实时估计，得到对应于当前机翼形态的系统状态。
通过实时估计系统状态，可以得到对应于当前机翼形态的控制输入，从而实现对变形机翼系统的抗饱和控制。在控制算法的设计中，可以结合传统的控制方法，如PID控制、模糊控制等，以进一步提高系统的性能。
3.仿真实验与结果分析
本文通过Matlab/Simulink软件对提出的基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制算法进行了仿真实验。实验系统是一个单元矩形变形机翼系统，其机翼形态参数的范围为0°至30°。
在仿真实验中，首先对变形机翼系统进行了数学建模，并通过最小二乘法估计了系统动力学模型的参数。然后，设计了扩张状态观测器的结构和参数，并实时估计了系统状态。最后，将估计的系统状态与期望机翼形态参数进行比较，得到控制输入。
仿真结果表明，采用基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制算法能够有效地抑制饱和现象的发生，并提高系统的控制性能。系统输出的变化趋势更加平滑，控制误差更小，动态响应更快。
4.结论
本文提出了一种基于扩张状态观测器的变形机翼抗饱和控制算法，通过实时估计系统状态，实现对变形机翼系统的抗饱和控制。仿真结果表明，该算法能够有效地提高变形机翼系统的控制性能。未来的研究方向包括在飞行实验中验证该算法的有效性，并进一步优化控制算法以满足更高的性能要求。
参考文献：
[1]杨文斌.基于虚拟发挥功能的机翼抗饱和控制[D].清华大学,2019.
[2]郑熙宏,刘新运.发动机舱门饱和控制及其实时仿真研究[J].航空制造技术,2019(07):26-31.
[3]邵利军,李嘉,郑熙宏.一种考江男.AngryBirds的变态消除最少步骤算法是什么原减矩形变形翼的鲁棒控制方法[J].实用科技与创新,2018,免费开通.