多目标非脆弱鲁棒控制器在飞行控制系统中的应用

多目标非脆弱鲁棒控制器在飞行控制系统中的应用（共3篇）

篇1：多目标非脆弱鲁棒控制器在飞行控制系统中的应用

定量反馈理论在鲁棒与容错飞行控制系统中的应用

定量反馈理论(Quantitative feedback theory，QFT)作为一种新颖的频率域鲁棒控制技术，综合考虑了对象的不确定性范围和对系统的性能指标要求，以定量方式在Nichols图上展开分析与设计，从而保证了设计结果具有稳定鲁棒性和性能鲁棒性。而当飞机控制舵面局部受损或失效时，飞机模型气动导数所受的影响可看作是不确定对象鲁棒性问题的扩展，因此，考虑舵面受损与失效时的容错飞行控制系统也可用QFT方法进行分析与设计。本文在讨论QFT原理与设计方法的.基础上，以某型无人驾驶飞机的纵向飞行控制系统为例，对鲁棒和容错飞行控制技术进行了分析、研究与设计，获得了满意的设计与仿真结果。

作 者：韦巍 吴树范 沈勇璋 Wei Wei Wu Shufan Shen Yongzhang 作者单位：南京航空航天大学自动化学院刊 名：南京航空航天大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS &ASTRONAUTICS年，卷(期)：33(2)分类号：V249.1 TP302.8关键词：飞行控制系统 容错 鲁棒 定量反馈理论(QFT)

篇2：多目标非脆弱鲁棒控制器在飞行控制系统中的应用

关键词：灰色系统理论；多目标规划；最优方案；公交模式

会议筹备问题是2009年全国大学生数学建模竞赛D题，要求参赛者为会议筹备组制定一个预订宾馆、租借会议室、租赁客车的合理方案。同时，赛题提供了两类数据：一是前几届会议与会人员的信息及本次会议发来回执的与会代表对住房的要求，二是会议筹备组筛选出10家宾馆的客房信息。

通过分析可知，会议筹备问题的解题思路是多目标规划，即预定宾馆客房在满足与会代表住房要求的前提下不仅要使空房的费用最低，而且宾馆数量应该尽可能少、距离尽可能近；会议室的安排上要兼顾租借会议室费用最低和派车最少，最后通过编程对以上问题一一作答。

一、预定宾馆客房

（一）预测与会代表人数

筹备组提供的数据有发了回执而未到的人数和没发回执但是到会的人数，因为数据较少，所以利用灰色预测法来处理。首先对未发回执而到会的代表人数进行预测，建立模型：

第一步，作1-AGO生成

X（1）（K）=■X（0）（m）=[57，126，201，305].

第二步，确定数据矩阵B、Y

B=-0.5（X（0）（1）+X（0）（2）） 1-0.5（X（0）（2）+X（0）（3）） 1-0.5（X（0）（3）+X（0）（4）） 1= -91.5 1-163.5 1 -253 1.

Y=X（0）（2）X（0）（3）X（0）（4）=126207305.

第三步，通过MATLAB计算参数矩阵

u=u1u2=（BTB）-1BTY.

第四步，白化微分方程

■-u1X（1）=u2，■-0.2201X（1）=45.2445，

■（1）（k+1）=261.729e0.220997k-204.729.

第五步，利用残差进行精度检验，经检验为一般精度可以进行预测。

预测结果为124人。同理可得发来回执未到的人数为258人，因此本届会议到会人数预测为621人。

（二）多目标规划模型的建立和求解

宾馆的选择上要使得空房费用最低，可预定满足要求的价格最低的房间，并且安排有独住要求的代表先入住各价位的高价房，这样可以使空房费用降低。根据预测人数和发来回执代表对住房的要求，我们忽略男女差异，按比例安排房间如下：合住196间，合住263间，合住320间，独住1137间，独住279间，独住349间。

符号说明：p（i，j）：价格矩阵，i宾馆j规格客房的单价，i=1?撰10，j=1?撰6；a（i，j）：未知矩阵，i宾馆j规格客房的预定数量，i=1?撰10，j=1?撰6；x（i）：取0或1，0代表没有预定该宾馆，1代表选择了该宾馆，i=1?撰10；dist（i，j）：i宾馆到j宾馆的距离，i=1?撰10，j=1?撰10；z（i）：i宾馆的房间总数，i=1?撰10；d1（i）、d2（i）、d3（i）：各宾馆各价位合住与独住房间数的可选择的总数；dem（i）：各规格的宾馆预定数量；u（i，j）：i宾馆j规格客房的数量。

建立模型如下：

目标函数：

z1=min■■p（i，j）·a（i，j），z2=min■x（i），

z3=min■■dist（i，j）·x（i）.

约束条件：

■a（i，j）x（i）≤z（i），i=1?撰10；

■a（i，j）x（i）≥dem（j），j=1?撰6；

[a（i，1）+a（i，4）]·x（i）＜d1（i），i=1?撰10；

[a（i，2）+a（i，5）]·x（i）＜d2（i），i=1?撰10；

[a（i，3）+a（i，6）]·x（i）＜d3（i），i=1?撰10；

a（i，j）≤u（i，j），i=1?撰10，j=1?撰6.

利用分层序列法[2]，编程求得最小费用为77620元，最少宾馆数为4个，宾馆间最短距离和为24100米。具体客房预定如下：1号宾馆普通双标间50间，商务双标间30间，普通单人间30间，商务单人间20间；2号宾馆普通双标间50间，商务双标间35间，豪华双标间A30间，豪华双标间B8间；3号宾馆普通双标间31间，普通单人间27间，商务双标间24间；7号宾馆普通双标间50间，商务单标间40间，商务套房19间。

二、租借会议室

根据要求我们应该安排6个会议室，因为是全国性的会议，所以我们不妨假设会议规模相当，这就要求会议室的大小应在百人以上。会议室租借我们考虑两个问题：一是费用最少，二是外出人数最少。

符号说明：rs（i）：第i个宾馆入住人数（1代表1号宾馆，2代表2号宾馆，3代表3号宾馆，4代表7号宾馆）；hr（i，j）：第i宾馆第j规格的会议室的容量；hs（i，j）：第i宾馆第j规格的会议室的间数；hj（i，j）：第i宾馆第j规格的会议室的价格；ha（i，j）：第i宾馆第j规格的会议室的需要安排的间数。

建立模型：

z=min■■ha（i，j）·hj（i，j）+18.5■1-■·rs（i）

约束条件：

■■ha（i，j）·hr（i，j）＞621；

0＜ha（i，j）＜hs（i，j），i=1?撰4，j=1?撰3；

■■ha（i，j）=6.

通过lingo编程计算得：2号宾馆130人，会议室2间；3号宾馆100人，会议室2间；7号宾馆140人，会议室2间。

三、租用客车

在车辆的安排上我们大胆使用公交运营模式，首先计算出路线：7号宾馆-1号宾馆-2号宾馆-3号宾馆上的最大人流量为201人，3号宾馆-2号宾馆-1号宾馆-7号宾馆上的最大人流量为174人，我们就从7号宾馆和3号宾馆分别发车，沿途各宾馆的代表可上可下。建立模型如下：

目标函数：z=min■b（i）·p（i）.

约束条件：■r（i）·b（i）＞z（i），j=1，2.

其中b（i）：第i类型的车辆数，p（i）：第i类型的车辆租金，r（i）：第i类型的车容量，z（i）：第j路线上的最大人流量。

最后求解得路线7-1-2-3需45座3辆和33座2辆；路线3-2-1-7需45座4辆，总计租金6800元。

四、评价结论及分析

相对于传统模型来说灰色系统理论的GM（1，1）预测模型具有预测精度高，预测误差小的特点。多目标规划模型的建立可以快速、高效地解决宾馆的预定、客房的安排问题。租借会议室和租用客车综合考虑得到费用最小方案。

参考文献：

[1]刘思峰.灰色系统及其应用[M].4版.北京：科学出版社.2008：322-500.

[2]谢金星，薛毅.优化建模与LINDO/LINGO.软件[M].北京：清华大学出版社.2005：322-340.

[3]唐焕文，秦学志.实用最优化方法[M].3版.大连：大连理工大学出版社.2004：7-9.

[4]王小平，曹立明.遗传算法理论与软件实现[M].西安：西安交通大学出版社.2002.

[5]胡运权，运筹学教程[M].北京：清华大学出版社.2003：111-114.

篇3：多目标非脆弱鲁棒控制器在飞行控制系统中的应用

［关键词］CAN总线 现场总线 多机器人

近年来随着机器人研究的不断深入，机器人技术现已涉及到传感器技术、控制技术、信息处理技术、人工智能和网络通信技术等方面，其功能日益强大，结构日趋复杂和完善。多移动机器人的研究工作开始于80年代中期，特别是移动机器人间协调运动控制问题，凭借其工业的需求性和控制的复杂度，现已成为移动机器人方面的一个主要研究方向，在此方面的研究主要集中在多机器人运动描述方法、协调控制、抓取规划和避障等诸多方面。

随着现代工业技术的不断发展，现场总线技术使单个分散的现场设备通过总线连接成相互通信、协同操作的网络控制系统，实现分布式、开放式控制。在多焊接机器人的控制系统中，引入现场总线技术，可实现分布式控制，满足现代工业分布式控制的要求，便于对整个系统的监控。

一、多焊接机器人系统

焊接技术是一种极重要的金属热加工技术，焊接机器人是在工业机器人基础上发展起来的先进的焊接设备。焊接机器人应该能够满足不同的工作场所和焊接规范要求且能进行焊缝的自动跟踪、保护气、焊丝的自动补给。焊接机器人通常包括机器人本体、机器人控制柜、焊机系统及送丝单元、变位机、工装夹具等部件。多焊接机器人系统是近年来开始探索的一项新技术，多焊接机器人系统将整个作业按照操作和应用的要求，从功能、物理和时间上划分成多个部分，由具有一定自主能力的单焊接机器人来分别完成各部分的工作。各焊接机器人之间相互通信、彼此协调，共同完成整个复杂系统的操作任务。

本文的多焊接机器人系统控制器，硬件方面采用开放式的结构和模块化的设计方法，主要由人机界面、轨迹规划、协调控制等多个模块构成。人机界面可为用户提供操作系统和编程环境，便于实现机器人的编程控制，完成预期的任务。轨迹规划模块以时间周期的形式进行循环调用，根据传感模块反馈回来的信息，生成被控机器人的下一段运动轨迹。协调控制模块根据传感器反馈回来的信号，,对各机器人的工作状态进行局部修正,完成各机器人间的协调运动。由于控制器硬件方面采用分层和模块化结构，软件方面以实时多任务操作系统为平台，该操作系统主要完成编程、执行、系统检查、协调运动控制算法以及内嵌PLC功能，使机器人可对多个弧焊工作站进行协调运动。

二、CAN现场总线

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网络，凭借其自身所具有的高性能、高可靠性、易开发和低成本的特点[2]，现已成为全球广泛应用的现场总线技术之一。CAN现场总线最初用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。随着应用的不断展开，现在的应用范围已经面向到过程控制、机械制造、机器人和楼宇自动华等领域之中，并已成为国际标准。

1.CAN总线的概述

CAN采用双绞线作为信息传输媒介，网络终端阻抗一般取。最大直接通信距离由传输速率决定。若控制节点拥有惟一标识，每一单独的CAN网络可以链接2032个节点；一般由于硬件方面的限制，实际允许链接的控制节点数为110个。

CAN采用非破坏性总线仲裁技术，媒体访问按节点信息的优先级进行，以满足实时控制的不同需要。传输过程中，信息帧为短帧结构，采用短帧的突出优点是传输时间短，抗干扰性强；信息帧包含4种类型：数据帧、远程请求帧、出错校验帧和溢出帧。发送期间若丢失仲裁或者由于出错而遭到破坏的信息帧可自动重发。

2.基于CAN现场总线的控制系统

控制系统的体系结构如图所示。监控计算机主要进行编程、管理与监控等功能；机器人控制器完成机器人的运动规划、协调控制、伺服控制等功能；机器人控制器可直接控制具有标准脉冲接口的交流位置伺服节点，来实现交流电机的控制，也可通过D/A输出控制交流伺服电机。一个位置伺服模块可控制6路交流电机，可以通过增减该模块的数量来控制不同的机器人的运动轴数，从而实现对多个焊接机器人的协调控制。数据采集节点主要进行信息检测，将检测来的信息发送到控制器和执行控制节点上，其中包含焊接机器人工作所需的传感器信息，数据量较大。

控制系统的体系结构图

三、结束语

将CAN现场总线引入到多焊接机器人系统中，能够较好的利用CAN现场总线的高速、多主从结构和较好的抗干扰能力，非常适合用于多机器人协调控制，并且与同类技术相比，成本较低，比较适合工业应用，因此可以预见在工业机器人领域中具有较好的发展前景。

参考文献:

[1]冯金光周华平:CAN总线在仿人机器人运动控制系统中的应用[J].广东自动化与信息工程,2004(2）:10～12

[2]饶运涛周振军郑勇芸:现场总线CAN原理及应用技术[M].北京航空航天大学出版社,2003

[3]祁永庆董秀林董伟亮:基于CAN总线的PLC在车辆多任务协同控制中的应用[J].工程机械,2003(2）:1～3