MPC非线性故障容错控制:应用于吸气式高超声速飞行器

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本研究论文探讨了基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)的非线性故障容忍控制(Fault Tolerant Control, FTC)在空气呼吸式高超声速飞行器(Air-Breathing Hypersonic Vehicles, AHVs)中的应用。论文发表在《IET Control Theory and Applications》上,收录日期为2013年5月29日,接受日期为同年12月16日,DOI为10.1049/iet-cta.2013.0986,国际标准连续出版物编号为ISSN1751-8644。 在当前的研究中,作者们首先回顾了AHV的非线性动力学模型,并指出了设计非线性FTC的挑战。由于飞行动态与控制输入之间的关系并不明显,传统的控制方法可能难以应对系统复杂性。为了克服这个问题,论文提出了一种优化为基础的参考重构方法。这种方法通过动态调整控制策略,即使在面对系统故障或不确定性时,也能保证AHV的稳定性和性能。 重构过程的关键在于建立一个能够适应飞行状态变化的在线模型,这可能包括使用数据驱动的方法来捕捉非线性系统的动态特性。在模型预测控制框架下,控制器会预测未来多个时间步的系统行为,然后选择最优控制输入序列,使得在预设的故障情况下,系统仍能保持在安全的操作区域内,并尽可能接近预定的性能目标。 此外,该方法还需要考虑实时的系统状态估计和故障检测,以有效地识别和隔离故障部分,同时不影响整体控制性能。通过这种方式,论文旨在提供一种有效的解决方案,使得AHV能够在高超声速飞行过程中保持高度的鲁棒性和可靠性,确保在面对故障时能够快速做出补偿并维持飞行任务的完成。 这篇论文对空气呼吸式高超声速飞行器的非线性故障容忍控制进行了深入探讨,提出了一种创新的模型预测控制策略,对于推进此类复杂系统的控制理论和实践具有重要的科研价值。