变体飞行器的非脆弱有限时间鲁棒控制器设计:性能分析与实现

本文主要探讨了变体飞行器在面对存在有界干扰和控制器参数不确定性的情况下的非脆弱有限时间鲁棒控制器设计问题。变体飞行器因其结构独特，能够在不同形态下执行复杂的任务，对控制系统的稳健性和适应性有着高要求。 首先，研究者构建了一个考虑飞行器纵向运动的切换系统模型，这个模型能够反映出飞行器在不同工作模式下的动态行为。他们采用多Lyapunov函数方法，这是一种经典的时间域稳定性分析工具，它通过构造多个Lyapunov函数来分别分析各个子系统的稳定性，并结合它们来评估整个系统的性能。这种方法有助于精确评估飞行器的有限时间有界性能，即确保在给定时间内，系统能够保持在预定的安全范围内，即使受到外部干扰的影响。 接着，他们引入了模态依赖平均驻留时间（Modal Dependent Average Residence Time，MDART）的概念，这是一个考虑系统状态转换时性能变化的方法。通过MDART，作者分析了如何在保证飞行器有限时间有界性能的同时，满足更高级别的$H_{\infty}$性能指标，从而减少了控制器设计中的保守性。$H_{\infty}$性能指标是衡量系统在面对外部输入时稳定性和抗干扰能力的重要度量。 然而，实际控制器设计过程中总是存在参数不确定性。为了应对这一挑战，研究人员设计了一种基于状态反馈的非脆弱鲁棒控制器。这种控制器能够在存在未知参数的情况下，依然保持一定的控制性能，提高了系统的鲁棒性。他们将控制器的存在性条件转化为线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality，LMI），这是一种数学优化工具，可以有效地解决这类问题。 最后，通过数值仿真，研究者验证了他们提出的非脆弱有限时间鲁棒控制器设计方法的有效性和优越性。仿真结果表明，即使在存在干扰和参数不确定性的情况下，该控制器能够确保飞行器稳定、高效地运行，满足飞行任务的需求。 总结来说，本文的工作不仅为变体飞行器的控制理论提供了新的设计思路，也为实际应用中复杂系统的鲁棒控制提供了一种实用且有效的策略。对于推进变体飞行器的可靠性和性能提升，以及拓展其在航空航天领域的应用具有重要意义。