● 摘要
本文以多输入多输出系统为研究对象，研究了鲁棒回路成形、模糊PID 和模糊滑模等现代控制理论在飞行器多变量姿态控制系统设计中的应用，并仿真验证了方案的有效性。本论文的主要内容可概括为：① 研究了基于遗传算法的鲁棒多变量姿态控制系统设计方法将 H∞ 鲁棒回路成形理论和遗传算法相结合，设计了飞行器多变量姿态控制系统。回路成形理论将闭环系统的设计指标转换成对被控对象奇异值的要求，然后，针对成形后被控对象设计镇定控制器。该理论的关键和难点在于设计被控对象前置/后置补偿器的结构和参数。针对这一问题，采用遗传算法来优化前置/后置补偿器的结构和参数。最后，通过仿真实例验证了该方案的有效性。② 提出了基于线性矩阵不等式的鲁棒多变量姿态控制系统设计方法将鲁棒 H∞ 回路成形理论权重矩阵的求解问题转化成一系列有约束的线性矩阵不等式的求解问题，并利用Matlab 的LMI 工具箱编写了求取对角权重矩阵的程序。采用线性矩阵不等式求解H∞ 回路成形问题的好处在于能够兼顾系统中频段的性能，从而弥补了传统回路成形理论的不足。最后，通过仿真实例验证了该方案的有效性。③ 提出了改进模糊 PID 的多变量姿态控制系统设计方法将模糊控制和经典 PID 控制相结合，提出一种改进模糊PID 姿态控制系统设计方法。在此基础上，设计了飞行器多变量模糊PID 姿态控制器，并利用量化因子和比例因子调整控制器的性能。为了消除系统静差，在模糊规则中引入了修正因子，并在回路中引入了积分环节。仿真结果表明该控制系统具有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。④ 研究了模糊滑模理论在飞行器多变量姿态控制系统设计中的应用将滑模变结构控制与模糊控制相结合，设计了飞行器多变量姿态控制系统。滑模变结构控制对系统参数摄动和外部扰动具有很强的鲁棒性，但其缺点是系统存在抖振。将模糊控制引入到滑模控制器设计之中，以削弱传统滑模控制中存在的抖振。仿真结果表明，系统具有良好的动态性能和鲁棒性能。