动力学建模是飞控的基础,什么样的基础决定了什么样的上层建筑
即使是单变量PID控制也需要MIMO SS模型并解耦得到单通道SISO模型,并且要加上耦合项参数,必要时要应用Gain Scheduling或者Look-up Table调节这些参数。盲目的无模型PID控制只适合参数少的简单SISO系统,如果在UAV上,只能让对象飞起来了,很难更进一步,因为一旦进行大机动飞行,不同通道间耦合影响比重将急剧加大,孤立的单通道PID控制无法消除这些耦合,因此多变量PID控制就十分必要了,模型也就十分重要了。
鲁棒控制(Robust Control)是针对参数不确定或有扰动(但都有界)的线性系统,包括H_2、H_∞、LQR/LQG控制在内的这类多变量线性控制(Multi-Variable Linear Control)方法在航空航天领域已经应用了,数学计算不是问题,问题是模型要能反映对象特性,能否建立准确模型,并基于模型设计鲁棒控制方法,是有无真的核心飞控技术的关键。
数学计算是指计算实时性问题,还有是否每次都能得到解,实验室高性能计算机和机载飞控的计算能力是有很大差距的,而飞控机又是典型的高安全性实时系统,必须考虑新控制方法的实现问题。至于自适应控制(Adaptive Control),是应对大范围参数变化的,既可用于线性系统也可用于非线性系统,有波音和NASA验证应用报道,算是有前景的,也是应航空航天发展而生的。这里需要明确自适应应用的条件是参数变化大,针对小型UAV,尤其是多旋翼,没必要强而用之
非线性方法林林总总有许多,常见反馈线性化(Feedback Linearization)、滑模控制(Sliding Mode Control)、反步控制(Back-Stepping)、模型预测控制(MPC)、非线性动态规划(NDP)等,是学术派的热衷,多见于论文,但即使在非线性控制方法里,自适应方法也是有用的工具。神经网络(NN)是智能控制方法,这类方法还包括学习控制(Learning Control)、模糊逻辑(Fuzzy Logic)等,在AI领域火,也是基础的方法工具,有飞控方面的论文,但是这类方法的一个共同点是需要长时间的data training、iterative computing,对飞控很难在线实时应用,可以当做离线调参的工具,即使这样,工程人员也多不相信。