民用飞机工程模拟器仿真模型加载与测试

工程模拟器是用于完成飞行控制律的设计评估、飞行品质评估等的重大设计试验平台,在民用飞机设计研发中起到至关重要的作用。仿真模型是支撑工程模拟器系统模拟的重要部分,模型的加载与测试是确保工程模拟器反映飞机系统的逼真度的前提。本文对此过程进行了描述,并给出了加载与测试方法。     

过失速机动变指数趋近律UAS-SMC设计

针对常规指数趋近律单向辅助面滑模控制中存在的抖振问题, 提出了一种基于变指数趋近律的单向辅助面滑模控制方法。针对系统控制量变化时飞机模型发生跳变的问题, 进行T-S 模糊建模, 以保证非线性系统在控制区间上的平滑性; 在对UAS-SMC(Unidirectional Auxiliary Surfaces-Sliding Mode Control)方法进行分析的基础
上, 给出了一种变指数的趋近律; 结合飞机模型和变指数趋近律, 设计了基于变指数单向辅助面滑模控制器。仿真实验结果表明, 该控制策略能保证趋近过程快速性的同时在接近滑模面时能有效减少系统的抖振。     

飞机作动器的故障辨识与自修复控制

为了解决作动器发生故障的飞机的角速率跟踪问题,提出了一种基本控制律加修复控制向量的自修复控制方案.该方案首先针对飞机的无故障模型,利用反步法设计角速率跟踪控制律作为基本控制律.在作动器发生故障的情况下,保持基本控制律不变,将飞机作动器视为二阶系统,设计了一种基于高增益观测器的作动器故障参数估计器,对作动器的各类故障进行辨识;根据故障辨识结果构造修复控制向量以抵消作动器故障产生的影响,保证故障后系统的跟踪性能.对某型飞机发生右副翼卡死故障进行仿真,结果表明,故障参数的估计值能够快速收敛到真值,构造的修复控制向量能够将系统性能恢复到无故障时的水平,验证了所提出的自修复控制方案的有效性.     

基于分支分析与突变理论的耦合动力学

过失速机动是现代先进战斗机的重要特征。飞机在大迎角过失速机动飞行时,会产生强烈的运动耦合、惯性耦合等复杂的非线性特性,传统的建模和控制方法都难以准确预测和全面掌握飞机的耦合特性。该文以非线性系统的分支分析和突变理论及相应的数值计算方法为工具,重点对现代先进战斗机急滚机动飞行时的惯性耦合现象和大迎角俯仰运动时的耦合现象进行了特性分析研究,有效全面地揭示了飞机的非线性动力学全局特性以及耦合动力学特性,预测了耦合现象给飞机带来的不利影响,并通过时域仿真验证了该方法的有效性,从而为控制律设计、改善飞机的飞行品质打下基础。     

含控制分配的积分滑模主动容错控制方法

针对重构故障不匹配情况下的多操纵面飞机控制问题,提出了一种基于控制分配的积分滑模主动容错方法. 采用一种新的在线控制分配律简化了滑模控制律设计,设计了积分滑模控制律以保证指令重分配时系统的稳定性,在重构故障匹配和不匹配情况下,推导并证明了含控制分配律的系统整体闭环稳定性. 仿真结果验证了所设计控制器的性能,有效实现多操纵面飞机的快速平稳控制.      

基于Matlab无人机数学模型仿真分析与研究

无人机数学模型的研究和建立是其飞行实时仿真系统和研究其飞行控制律设计的基础,针对某型无人机进行飞机运动方程的建模与仿真研究,建立了飞机六自由度非线性飞行运动学和动力学模型,并在Matlab/SIMULINK软件环境下建立数字仿真模型和线性化模型.飞行仿真模型采用了模块化的设计结构,具有一定的通用性.     

基于爬升减速机动的大迎角偏离敏感性试飞技术

为防止飞机意外进入大迎角失速尾旋状态，现代电传飞机通常采用左边界保护控制策略。但在使用中，仍然难以避免由于飞行速度超出左边界后“掉入”大迎角状态的现象。为全面评估飞机的左边界飞行安全，必须通过试飞验证飞机大迎角偏离敏感性。采用传统的平飞失速和收敛转弯等试飞方法，难以解决飞机超出左边界后“掉入”大迎角状态后的偏离敏感性评估问题。针对某型飞机迎角限制和抗尾旋控制律的特点，提出了基于爬升减速机动的大迎角偏离敏感性评估方法，采用飞行仿真技术开发了大迎角偏离敏感性试飞动作，建立了在迎角限制和抗尾旋控制律的综合作用下飞机大迎角偏离敏感性和尾旋阻抗程度的评估程序，并且在某型飞机上进行了应用和验证，全面评估了某型飞机的大迎角偏离敏感性和尾旋阻抗程度，为该型机的左边界飞行安全提供了有效的支持。     

一种基于落角约束的偏置比例导引律

为增大反坦克导弹的命中落角,提高毁伤效果,建立了击顶弹道末制导段的弹目相对运动模型,提出了一种基于落角约束的偏置比例导引律,并研究了落角约束对导引律法向过载的影响,通过设计盲区控制方案减小了命中点法向过载,最后基于导引弹道仿真与传统比例导引律以及两种其它类型的改进比例导引律进行了仿真比较. 仿真结果表明,该偏置比例导引律控制落角能力较强,同时具有较高的命中精度.      

民用飞机横航向增稳系统设计研究

首先论述了增稳系统在大型客机高空、高速运行时的作用;然后介绍了三种横航向增稳控制系统方案,并分别对三种增稳方案的特点进行了描述,提出了在副翼通道中引入滚转角速率、侧滑角、侧向过载反馈以及在方向舵通道中引入偏航角速率、侧向过载、侧滑角反馈的横航向综合增稳控制方案;最后以B707为例设计了横航向增稳控制律,并进行了数字仿真和性能分析。该文对于大型客机型号研制中开展飞行控制系统的控制律设计具有一定的工程借鉴。     

基于粒子群算法的飞机鲁棒控制律设计

针对参数不确定飞机的颤振问题,采用粒子群算法优化鲁棒性能加权函数,用μ综合方法设计了飞机颤振抑制纵向控制律,并使用平衡截断法对所得到的控制器进行了降阶。仿真结果表明,采用μ综合方法设计的飞机颤振抑制纵向控制律具有较强的鲁棒性和指令跟踪能力。     

扇翼飞行器纵向运动建模与控制方法

扇翼飞行器是近年来发展起来的一种新型大载荷低速飞行器,在机翼上安装风扇吹气装置,将升力和推力结合起来,大大提高了飞行器的飞行效率,在民用和军事上都具有很高的应用价值.以某型扇翼飞行器为研究对象,在分析其结构特点和飞行原理的基础上,建立扇翼飞行器的纵向数学模型;并采用计算流体力学工具FLUENT模拟风洞试验确定数学模型中的各个参数,分析了自然飞机的系统性能;建立起的纵向模型为控制对象,采用易于工程实现的PID算法,并在Matlab下对控制律进行仿真实验,仿真结果表明了该控制律的有效性.     

飞机起飞着陆性能仿真与分析

为真实反映飞机起飞着陆的滑跑过程，记录了某型飞机的速度、加速度传感器现场数据，建立了飞机起飞着陆滑跑过程的微分方程并进行了解算；基于飞机滑跑过程的微分方程采用Simulink对飞机起降性能进行建模和仿真，记录数据、理论结果和仿真结果三者对比验证了所建立的仿真模型是有效的。基于该模型对该飞机滑跑过程进行仿真分析，结果表明起飞和不放阻力伞着陆过程可近似为匀加速直线运动过程，放阻力伞着陆过程则比较复杂。最后，研究3个主要参数对滑跑距离的影响，结果表明滑跑距离与机场海拔和风速呈近似线性关系，与迎角呈非线性关系且在迎角为8°时存在极小值点。     

固定翼无人机纵向控制律设计及仿真验证

利用经典控制理论中的根轨迹法对某固定翼无人机纵向控制律进行分析设计。首先通过在定常直线无侧滑模态下对无人机数学模型进行配平线性化,将飞机运动分解为纵向运动和横侧向运动;再利用俯仰角速率和俯仰角双回路反馈实现俯仰角控制回路;之后通过分析系统附加开环零点对系统稳定性和动态性能的影响确定高度积分增益实现高度控制回路,利用Matlab进行了仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明控制参数设计合理,根轨迹法是设计飞行控制律有效而成熟的方法。     

Z字形飞机建模与半实物仿真研究

为了提高无人机飞行品质,研究无人机控制的半实物仿真应用,形成一套通用的无人机飞行控制律设计与半实物仿真方法,针对气动特性较为复杂的Z字形飞机进行了研究。Z字形飞机机翼可向机身方向折叠,便于存放和运输。根据Z字形飞机外形参数,求得气动数据,并在此基础上利用小扰动线性化原理建立纵向线性模型,通过加入干扰脉冲方式研究模型纵向静稳定性,选取各环节传递函数,建立俯仰控制回路,调整PID参数,设计纵向控制律,分别使用Simulink和半实物仿真器进行仿真。仿真结果表明,无人机具有较好的静稳定性,PID控制参数选择合理,系统超调量较小,调节时间较短,可以提升无人机飞行品质,半实物仿真可以更真实、直观地反映无人机姿态,所用建模与仿真方法可应用到其他固定翼无人机,具有一定的通用性。     

着舰导引中的H∞飞行/推力控制系统研究

运用基于线性矩阵不等式的H∞控制理论，提出了保持由地速构成的迎角αd恒定的H∞飞行／推力综合控制增广模型，使飞机接近舰尾处于雷达导引系统关闭的关键时刻，仍具有优良的姿态保持及抑制气流扰动性能，改变了传统设计由导引系统纠正气流扰动而引起的轨迹偏离；还从工程应用角度出发，提出了H∞控制器的降阶方法，并进行了实时仿真验证。     

一种新的双连杆柔性臂机器人混合控制策略

以宏微双重驱动的双连杆柔性臂机器人为对象 ,提出了一种新的关节角控制律设计方法 ,即基于刚性模态设计实现关节位置控制的滑模算法 ,再根据关节角误差信号建立模糊推理表确定对滑模控制律的二次修正量 ,用修正后的控制律去控制柔性臂的摆角 ;通过将控制律在完整的系统模型上进行计算机仿真表明 ,算法可以很好地实现关节角位置控制和抑制残余振动 .     

座舱压力控制系统控制重构设计

座舱压力控制系统(CPCS)的传感器、执行器等部位会存在一些潜在的故障,它们严重威胁了机组人员生命安全。因此,提出了一种基于模型跟随的重构方法来补偿故障产生的影响,从而保证座舱压力控制系统能够安全稳定运行。综合考虑座舱压力控制系统的机理特性,首先将线性化后的座舱压力控制系统数学模型作为参考模型,然后通过故障注入得到系统故障模型,接着利用模型跟随法对典型故障模型进行控制重构,并采用粒子群优化算法对重构控制律的参数进行寻优,最后针对特殊故障的重构问题设计了三热一冷的余度结构。为了接近真实情况,本文设计了飞机从起飞到着陆的整个飞行包线,在此基础上进行仿真研究。仿真结果表明,所研究方法对故障系统具有良好的重构效果,保证了系统发生故障后的安全性与可靠性,而且基于线性模型的重构算法设计简便,工程实用性强。     

智能船舶循迹控制方法研究

针对实际工程应用中,智能船舶循迹控制如何在外界环境干扰下减小横向偏差以及如何在曲线循迹中平缓转弯处的控制力两种问题,提出了一种改进时变积分视线法(ILOS)引导律,用以减小横向偏差;设计了一种基于动态面控制技术的自适应反步积分控制器,用以平缓转弯处的控制力.通过与传统ILOS引导律结合传统反步积分控制器的控制方法进行仿真对比,验证了改进控制方法对减小横向偏差及平缓转弯处控制力的有效性.     

三维空间中多飞行器的寻迹编队控制

研究了三维空间中动力学模型描述的多飞行器在一组给定平面简单闭曲线上的寻迹编队控制问题,其中智能体的动态和给定轨道都是在固定直角坐标系下描述的.首先,通过管状邻域定理扩展平面轨道函数法,设计寻迹控制律,并用不变性原理证明了寻迹子系统的稳定性.接着,根据轨道函数与弧长函数的关系来设计编队控制律,使得有向通信连接下的多飞行器沿着各自给定的轨道编队飞行,并且利用图论证明,当通信拓扑对应的有向图具有全局可达点时,设计的寻迹编队控制系统是渐进稳定的.最后,对5架飞行器的寻迹编队飞行进行了仿真,仿真结果证明了该方法的有效性.这种寻迹编队控制律可以应用于大范围区域的信息优化采集.     

时滞系统无模型自适应PID控制

为了避免工程应用中的建模问题,为时滞系统提出了一种嵌入式结构的模型参考自适应系统(MRAS).通过引入期望模型的概念,解决了传统MRAS中的期望系统性能描述问题,并采用最小二乘法作为自适应律,实现了时滞系统的无模型自适应控制.仿真实验结果证明了改进方法的有效性.