TPC: A Digital Twin-Based Predictive Control Method for Tailplane Control

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作者
Zhexin Cui,Ruiqi Guan,Jiguang Yue,Qian Xia,Chenhao Wu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (8): 10269-10279 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tii.2024.3393503
摘要

Tailplane control system (TCS) is a key component to ensure pitch maneuverability and horizontal stability in flight control. However, due to inherent sealing, time-varying, and uncertainty, conventional control methods involve enormous challenges to guarantee optimal operation of the TCS. This article proposes a digital twin-based predictive control method, called twin predictive control (TPC), to explore tailplane optimal control under complex conditions. First, a digital twin of the TCS is established as a predictive model, and twin adaptation is set up to overcome parameter time-varying and uncertainty for supporting accurate prediction. Then, an optimization model is constructed combining tracking error and control adjustment. Based on model transformation, the optimization objective is theoretically proved convex and coupled with the active-set method to enable efficient optimization solving. Finally, the TPC method, integrating the digital twin and the optimization model, is implemented into a physical experimental system to verify the effectiveness of the proposed method. The experimental results and comparisons show that the TPC method can significantly improve tracking and antiinterference performance. Furthermore, it shows merits in excessive adjustment suppression.
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