模型预测控制及其在飞行器系统中的应用综述
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1.国防科技大学先进推进技术实验室;2.国防科技大学前沿交叉学科学院

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TP273.1

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国家自然科学基金资助项目(12472338)


A review of model predictive control and its applications in aircraft systems
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    摘要:

    本文系统梳理了模型预测控制方法及其在飞行器系统的应用。从飞行器系统的任务场景与技术难点出发,深入分析了飞行器控制系统的设计需求。针对不同类型飞行器控制算法的设计要求,本文调研并构建了模型预测控制的框架体系,系统回顾了模型预测控制方法的起源、发展以及基础理论,调研了鲁棒模型预测控制、基于Lyapunov的模型预测控制、切换模型预测控制以及显式模型预测控制等主流方案,厘清了近年来该领域的主要研究成果。基于模型预测控制的方法框架,本文系统调研了模型预测控制在四旋翼无人机、直升机、固定翼飞行器和高速飞行器系统中的应用。最后,本文展望了模型预测控制方法在飞行器领域的未来研究方向,并给出总结性评述。

    Abstract:

    This paper presents a review of model predictive control and its applications in aircraft systems. Starting from representative mission scenarios and key technical challenges, it clarifies the design requirements for aircraft control systems. In response to the design needs of different classes of vehicles, the review surveys and synthesizes a coherent framework for model predictive control. It traces the origins and development of model predictive control and summarizes its theoretical foundations, with particular attention to robust model predictive control, Lyapunov-based model predictive control, switched model predictive control, and explicit model predictive control, thereby delineating the principal advances reported in recent years. Building on this framework, the paper examines applications of model predictive control to quadrotors, helicopters, fixed-wing aircraft, and high-speed aircraft. Finally, it outlines future research directions for model predictive control in aerospace control and offers concluding remarks.

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  • 收稿日期:2025-10-09
  • 最后修改日期:2025-12-31
  • 录用日期:2026-01-05
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