高超声速飞行器自适应神经网络容错控制

针对高超声速飞行器巡航段执行器控制效益损失故障和卡死故障问题,基于高超声速飞行器纵向运动模型,将自适应算法与改进的径向基函数神经网络(RBFNN)方法相结合,设计了一种自适应神经网络容错控制器。所提出的容错控制方法具有无需估计执行器故障值的优点,且设计的控制算法结构简单,无需大量实时计算,可以快速处理故障的发生,确保系统在参数不确定、恒定或时变执行器故障与卡死故障情况下仍具有稳定跟踪能力。最后,仿真验证了该方法的有效性。     

可重构零空间控制分配算法及流程规划

针对飞机正常情况和舵面故障情况下的控制分配算法展开研究。根据控制效能矩阵的特点设计了性能指标,并给出了对应的最优逆控制。对带约束的一般控制分配问题,采用零空间横截方法进行了再分配。设计了针对舵面卡死故障的重构控制律。结合某飞机仿真平台,进行了卡死故障的重构仿真,结果表明,控制分配算法能够在故障状态下完成对指令的精确跟踪。     

飞机力提示智能侧杆控制器设计方法

与传统侧杆控制器的作用不同,带力提示的智能侧杆控制器的附加功能是减缓和预防飞机在故障或边界状态下的人机不良耦合,以提高飞行安全性。飞机在故障或边界状态下,具有明显的飞行动力学特性突变的特点,飞机动力学特性突变会引起驾驶员操纵策略的变化。针对这些特点,研究其侧杆控制器设计的理论方法。通过分析飞机动力学特性突变引起的系统时变非线性及其在力提示下的驾驶员行为特点,建立了智能侧杆引导的人机系统模型。在此基础上,基于时变系统的频谱分析和人机系统的品质评价准则,提出了带力提示的智能侧杆控制器设计方法,并给出了详细的设计步骤。通过对飞机故障状态下的仿真,解释了力提示智能侧杆控制器减缓人机不良耦合的机理。仿真结果表明智能侧杆控制器在提高驾驶员控制精度的同时,减缓了人机不良耦合的趋势,从而验证了提出的设计方法的可行性和有效性。     

阵风载荷减缓系统故障分析

阵风引起的额外载荷会引起飞机结构疲劳,降低结构使用寿命。采用非定常气动力有理函数拟合方法建立时域状态空间下的动力学系统,设计了阵风载荷减缓系统。研究了阵风载荷减缓系统3种典型故障模式(副翼偏转饱和、舵机卡死、副翼偏转延时)的力学建模方法,并对机翼在阵风减缓系统故障模式下的阵风响应进行分析。仿真结果表明,3种故障模式均不利于阵风载荷减缓系统对阵风载荷的减缓,对于一些特定情况,故障模式下的阵风载荷减缓系统不仅不能减缓阵风载荷,还会带来由副翼偏转不当引起的额外负载。     

飞机滚转运动的控制余度与重构效能

论证了独立操纵的左右平尾使飞机滚动运动具有较大的控制余度,它增加了飞机正常飞行时的滚转力矩,在飞行中副翼出故障时可进行补偿重构,从而提高了滚动通道的余度等级和飞行的安全性,为减少滚转通道的余度配置提供了依据,通过针对操纵面失效和卡死两类故障的重构设计和仿真也证实了上述结论,同时,初步比较说明了自修复飞控系统在上述故障下的任务可靠性和基本可靠性均高于传统控制系统。     

自适应滑模容错跟踪飞行控制律的设计

当飞行控制系统操纵面发生卡死或控制效率损伤故障时,采用自适应滑模控制方法进行容错跟踪飞行控制律的设计。采用单位向量法进行滑模控制器的设计,利用李雅普诺夫理论和Barbalat引理设计自适应滑模调节规律,同时能够保证闭环系统的渐近稳定性。利用某型飞机线性化模型进行仿真,结果表明,带有自适应调节规律的滑模控制方法不仅适合于正常情况下飞行控制律的设计,而且对操纵面损伤和卡死故障情况具有较强的适应能力,具有很好的跟踪控制效果和强鲁棒性。     

小型无副翼电动无人机横航向特性研究

通过理论计算,定量地研究了小型无副翼电动无人机的横航向操稳特性,对不同机翼上反角和垂尾面积进行了横航向模态特性计算与分析。通过模型飞行试验,对计算结果进行了验证,对横向和航向静稳定性进行了匹配,使飞机可以在无副翼的情况下通过方向舵较容易地进行横航向的控制,并具有良好的横航向操稳特性。     

驾驶员神经网络模型与频域拟线性模型的比较研究

 针对在双通道人—机控制系统中,由于驾驶员在各通道间的注意力分配,造成操纵行为具有明显的非线性这一特性,提出了用神经网络模型进行驾驶员行为描述的新方法。通过在飞行模拟器上进行双通道控制的人—机闭环仿真实验,分别对驾驶员的神经网络模型和频域拟线性模型进行识别,并对两种模型的识别结果进行了精度分析和仿真验证。结果表明神经网络模型在更宽的频带范围内具有良好的精度,而频域拟线性模型只在低频范围内精度好,其频带范围相对较窄。这说明神经网络模型在描述驾驶员非线性行为特征方面优于传统的频域拟线性模型。     

货物卡滞故障下超低空空投模糊滑模控制

针对超低空重装空投货物牵引阶段货物在导轨上移动突然卡死的情况,提出了基于输入输出反馈线性化的模糊滑模变结构控制方法。首先在飞机动力学方程的基础上推导了货物卡滞情况下的飞机纵向数学模型,结合输入输出反馈线性化理论对系统进行了解耦合和线性化。在此基础上,利用模糊控制理论和滑模变结构控制方法设计了具有滑模面斜率自适应和控制增益自适应特性的双模糊滑模控制器。仿真结果表明,双模糊滑模控制器对货物卡滞的空投故障具有较好的控制效果,对系统速度和姿态角有良好的跟踪性能。     

舰载运输类飞机副翼飞行载荷设计

舰载运输类飞机布局紧凑，副翼兼备增加升力（襟副翼）、提供滚转力矩等作用。根据CCAR-25增升装置和滚转情况的设计准则，并考虑机舰适配性要求，研究了某舰载运输类螺旋桨飞机的襟副翼和副翼飞行载荷设计方法。通过机动仿真获得襟副翼、副翼典型载荷情况，通过面元法获得不同动力影响下的气动特性数据和压力分布数据，结合理论方法与工程需要，计算、筛选出襟副翼和副翼的载荷边界作为其设计载荷。研究结果表明，算例飞机的襟副翼和副翼飞行载荷受滑流影响较小；襟副翼在各个设计空速的迎面突风情况下获得设计载荷；副翼在设计俯冲速度的最大可用偏度情况下获得设计载荷。     

神经网络模型在TDNS准则中的应用研究

时域Neal-Smith（TDNS）准则源于频域Neal-Smith（FDNS）准则和阶跃目标跟踪准则,被广泛应用于纵向驾驶员诱发振荡（PIO）趋势的预测研究。在该准则采用的人机闭环系统中,广泛运用结构简单且能反映飞行员基本行为特征的拟线性驾驶员模型。但在实际情况中,驾驶员的行为通常具有高度的非线性,为了更精确地描述驾驶员的非线性特性,采用神经网络方法建立驾驶员模型。利用某机的试飞数据对神经网络进行了训练和测试,生成了神经网络模型。针对TDNS预测准则,建立了相应的仿真模型,通过仿真运算,得到了该飞机的P10预测结果。研究表明：相对于传统的驾驶员模型,神经网络模型能够更好与真实驾驶员相匹配;在TDNS评估准则中运用神经网络模型具有实际的意义。     

俯仰跟踪任务中的驾驶员神经网络模型辨识

 在飞机设计中,应用驾驶员数学模型预测飞机飞行品质是避免人机系统出现不良耦合的重要途径之一。为了提高飞行品质的预测精度,采用人工神经网络(NN)方法进行驾驶员模型辨识,着重研究该模型对不同飞机被控对象的适应能力。首先,详细分析了驾驶员完成俯仰跟踪任务的操纵行为特点,提出适用于该驾驶员行为描述的神经网络模型结构形式。然后,根据对不同被控对象进行俯仰跟踪实时仿真实验的结果,对神经网络模型参数进行识别。最后,对模型辨识结果进行了精度评价。研究结果表明,该辨识方法适用于研究具有不同增益、不同短周期振荡频率飞机被控对象的驾驶员操纵行为特性。     

控制增稳系统对运输机阵风响应特性影响研究

对运输机控制增稳系统接通与断开状态下的阵风响应特性进行了仿真,研究了增稳控制律结构参数变化对飞机阵风响应特性的影响;在增稳控制的基础上,对引入副翼对称偏转进行阵风减缓的可行性进行了仿真与分析。结果表明,副翼对称偏转能够降低翼根弯矩,达到阵风减缓的目的。此方法可为运输类飞机的阵风减缓系统设计提供参考。     

含控制分配的六旋翼无人机模型参考容错控制

针对六旋翼无人机动力系统执行器故障问题,设计了一种基于模型参考滑模与动态控制分配相结合的容错控制器。利用线性二次调节方法设计参考模型,依据状态误差给出干扰存在下模型参考滑模的基本控制律。在此基础上,采用观测器将执行器发生卡死或失效的故障重构,利用故障信息结合控制分配策略,在线调整控制分配矩阵,减少故障执行器的使用率,实现容错控制目的。仿真结果表明,该控制策略能有效降低故障执行器对飞行姿态和轨迹的影响。     

一种多任务驾驶员模型的层次结构

针对现代飞机操作中的驾驶员行为特征．研究了多任务情况下的驾驶员模型。首先对多任务驾驶员行为进行了层次划分．提出了一种基于技能、规则和知识三个层次的驾驶员模型框架结构，分析了各层的功能及模型实现的基本思路。然后，将经典的驾驶员模型与智能控制理论相结合，探讨了一种多任务驾驶员模型底层结构的实现模式。最后，以某型民航飞机为例，对其降落航线进行了仿真。结果表明，模型是合理的。     

副翼刚度模拟器优化设计与分析

副翼刚度模拟器是对副翼作动器的支撑刚度进行参数模拟的装置,是航空地面载荷试验中的关键器件,研究副翼刚度模拟器的刚度随位置的变化规律有利于其设计和应用,具有重要的工程价值。建立力学模型,提出刚度折减系数,探讨刚度模拟器的刚度特性;进行模拟器刚度仿真,并通过刚度测试试验验证力学模型和仿真的正确性;以目标刚度对距离的敏感性对...     

联动副翼鸭式导弹滚转控制特性数值研究

为解决鸭式导弹舵翼下洗造成的滚转反效控制问题,提出了一种新的鸭式气动布局方案:在尾翼部位加装联动副翼控制滚转。采用Tecplot和Fluent软件对联动副翼鸭式导弹进行了全弹流场和滚转特性的数值模拟,并运用用经典控制理论分析了滚转控制回路。数值计算结果验证了鸭式导弹采用联动副翼气动方案的可行性,为鸭式导弹的滚转特性研究提供了理论参考。     

飞机方向舵故障建模与侧风着陆仿真

基于风洞试验数据和CFD数据,建立了某型飞机上、下两片方向舵在松浮、卡滞和脱落等故障的数学模型;针对方向舵脱落故障,在飞行模拟器上进行了人在环的侧风着陆仿真试验,验证了模型的准确性,得到了与实际侧风响应相吻合的故障模型;最后,基于此模型探讨了方向舵故障下的侧风着陆安全性与驾驶员负荷.     

多轴多回路人机控制系统模型与仿真

针对驾驶员完成飞机机场下滑过程的多轴多回路控制任务,分析了人的控制行为特点,确定出驾驶员的信息反馈,形成了机系统的闭环控制结构,根据驾驶员对各控制回路的注意力分配和人机自适应规律性,选择相应的驾驶员模型形式并确定其参数,建立了多轴多回路的人机控制系统模型,最后,对风切变大气环境下驾驶员控制的飞机进场下滑过程进行了仿真计算,结果表明,所建立的人机控制系统模型是合理的,对飞行品质研究有参考价值。     

基于联合仿真的飞机空调系统故障影响

飞机空调系统是飞机的重要组成部分,由于其在飞行过程中环境和工作参数变化较大,易于受到多种因素的影响而成为故障率较高的飞机系统之一。飞机空调系统故障主要发生在飞行过程中,在地面状态难以复现,因此基于联合仿真的飞机空调系统故障影响分析对飞机设计验证和地面维修具有重要意义。首先根据飞机空调系统原理建立了冲压空气进气口模型、发动机压气机模型、压力调节与预冷组件模型、制冷组件模型;然后基于AMESim-Simulink联合仿真平台,模拟飞行过程中空调系统组件性能动态变化过程;最后对典型故障如预冷器泄漏、预冷器空气活门卡死、压力传感器冲击、冲压空气进气作动筒卡死等故障进行模拟,再现了飞行过程中空调系统故障情况,分析了空调组件性能的变化过程。