气动参数辨识飞行试验研究回顾

简要地介绍了气动参数在飞机研制中的作用，获得气动参数的几种途径。着重地介绍了中国飞行试验研究院气动参数辨识飞行试验研究的历程。在古典参数辨识方法研究方面，扼要地介绍了时间矢量法和频率特性法研究和使用情况。在现代参数辨识方面，阐述了参数辩识所要研究的问题，Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法和最大似然法（ＭＬ）的原理及其应用，最后概要地介绍了大迎角非线性气动系数辩识方法和电传操纵飞机参数辩识方法。     

基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法

在飞机设计与研制过程中，通过气动参数辨识建立可靠的飞行动力学模型非常重要。传统的气动参数辨识工程算法，诸如极大似然法，需要给出合理的飞行动力学模型以及待辨识参数的初值。基于传统神经网络的气动参数辨识可以避免飞行动力学建模过程，这种方法需要通过增量法、导数法间接地从神经网络提取气动参数。本文提出了一种基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法，可将含待辨识参数的飞行动力学模型作为正则项加入损失函数，直接辨识得到气动参数。该方法可以显著减少建模数据需求，也能提高建模精度。飞行仿真数据验证结果表明，该方法的无噪声、含2%噪声仿真数据，纵向飞行状态空间模型辨识最大相对误差分别为1.80%、4.64%，表明了基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法具有可行性，并对含噪声的飞行数据具有泛化性。     

测量参数时间延迟对气动导数辨识结果的影响

主要讨论了测量参数间的时间延迟对飞机气动导数辨识结果的影响。通过对飞机仿真数据的计算表明,为了保证气动导数辨识的准确性,必须对测量参数间的延迟时间作一定的限制。结果表明,飞机的主要导数对时间延迟不敏感,而一些小值导数则较敏感。文中还根据实际计算经验对测量参数间的延迟时间给出了适当的限制。这些结果可为工程应用提供理论参考。     

高速自旋飞行器气动参数辨识

根据高速自旋飞行器运动的特点，发展了气动参数辨识的一种数学模型，辨识参数包括静态气动导数、气动阻尼导数和马格努斯力矩导数等。仿真算例证实了该数学模型的有效性。应用该数学模型分析处理了某高速自旋飞行器的飞行试验数据．辨识获得了其主要气动参数，并分析了若干常见误差源对气动参数辨识结果的影响。     

一种飞行数据相容性检验的快速算法

为了提高气动参数辨识的精度,根据飞机运动方程,给出了测量中的系统偏差、尺度因子误差和随机噪声描述,并提出了一种飞行数据相容性检验的快速算法。该算法简化了估计模型,分离了各个估计量之间的关联,从而提高了算法的鲁棒性和结果的准确性。对飞机纵向、横侧向运动的仿真和实际计算表明,该方法可以有效地估计测量中的系统偏差和尺度因子误差。     

闭环气动参数辨识的两步方法

对于闭环控制飞行器动力学系统,如果输入输出数据中含有误差和噪声,将其直接用于辨识气动参数是有偏差的。针对这个问题,利用闭环控制飞行仿真数据,采用两步方法辨识飞行器的气动参数,并与直接开环辨识的结果及参数真值进行对比,表明两步方法辨识结果较直接开环辨识方法具有更高的精度,是一种有效的闭环气动参数辨识方法。     

平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响

建立飞机纵向动力学模型,基于最大似然参数估计原理,设计用于辨识飞机纵向气动参数的辨识系统,并对辨识系统的正确性和精确度进行了验证.以DHC-6飞机飞行试验数据为依据,对未积冰飞机和两种平尾积冰冰型的飞机进行纵向气动参数辨识,通过对比3种情况下飞机纵向气动参数的辨识结果,定量分析了平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响.结果表明:平尾积冰将导致飞机纵向气动特性恶化,俯仰阻尼可减小15％,升降舵效率可降低20％,对飞行稳定性、操纵性以及飞行安全构成一定的威胁.     

多操纵面飞机气动参数在线辨识新方法研究

以多操纵面布局飞机为对象,针对其操纵面冗余造成的激励信号线性相关及控制过程中存在的信号激励不足问题,对最小二乘辨识算法进行了改进。新方法将先验经验引入在线辨识过程,可以克服弱信号输入造成的辨识不准确;采用激励-补偿机制,增加激励信号,改善了辨识结果的精度。以六自由度非线性飞机模型为对象进行的姿态控制系统仿真验证表明,当操纵面完好时,该方法能够在线修正建模误差;当飞机操纵面损伤时,该方法能够迅速反映操纵面气动参数的变化,提高了控制系统的适应性和鲁棒性。     

极大似然法及在有控飞行器气动参数辨识中的应用

 <正> 一、引言 飞行器气动参数辨识作为系统辨识理论在航空、宇航领域的应用分支,在一些发达国 家受到了相当的重视,并且从70年代以来已形成了气动参数辨识软件包,不仅缩短了飞行器的设计、改型及性能分析的周期,并且还具有靠风洞实验或理论分析所不具备的优点。目前飞行器的气动参数辨识虽已有很大发展,但是对有控飞行器的闭环辨识问题仍未解决,分析传感器非线性因素对气动参数辨识结果的影响也不够深入。本文使用极大似然法,结合某有控飞行器的全弹道仿真数据,研究了在闭环飞行状态下进行气动参数辨识所存在的问题,分析了传感器的非线性因素对气动参数辨识的影响。     

有控飞行器气动参数辨识研究

研究了利用极大似然理论进行有控飞行器气动参数辨识的问题，首先介绍了牛顿－拉夫逊（ＭＮＲ）简化算法，然后，提出了采用此入外部激励的办法进行气动参数辨识，这种方法可增强参数的可辨识性，最后提出了构造故障弹道辨识气参数的设想，由于特定的故障弹道和外加激励一样，不同程度地激发了导弹的飞行信息，故辨识结果较好。     

飞机大攻角非定常气动力建模与辨识

采用一阶微分方程描述由非线性非定常效应引起的气动力增量 ,从而建立了一种新的飞机大攻角非定常气动力数学模型。研究了模型在缓变运动下的线化形式和动导数表达式。讨论了模型参数的辨识问题。算例证实了所建立的气动力数学模型的正确性和所述模型参数辨识方法的有效性     

飞机急滚运动的解耦控制

研究了飞机急滚运动的控制问题,采用５自由度横纵向耦合模型,应用非线性解耦理论,设计了关于滚转、俯仰和侧滑角的解耦控制体。讨论了闭环系统的稳定性,给出了当系统某些固定动态不稳定时,使系统实现稳定解耦的一个方法。最后进行了仿真研究。     

Control of nearly singular decoupling systems and nonlinearaircraft maneuver

The author treats the question of control of a class of nonlinear systems using state variable feedback whose input/output map is nearly singular. Although the existing decoupling theory is applicable to such systems, this requires a large amount of control, which may not be permissible. A decoupling approach using state variable feedback in an approximate sense, but requiring a small control magnitude is considered. A decoupling scheme is presented that gives rise to a singularly perturbed system describing the fast dynamics of the control vector. The quasi-steady-state solution of the system gives a control law that decouples the system in an approximate way. The controller includes a servocompensator and a reference trajectory generator. Based on this result, a control law for approximate decoupling of roll angle, angle of attack, and sideslip in rapid, nonlinear airplane maneuvers is derived. Simulated responses of the closed-loop system show that large, simultaneous lateral and longitudinal maneuvers can be accurately performed in spite of uncertainty in stability derivatives     

Decoupling the flight control system of a supersonic vehicle

In this paper, a nonlinear decoupling technique is proposed for analyzes and designs of a serious aerodynamic coupled missile flight control system. Decoupling is obtained from multiplications of two measurable accelerations with three controllable output commands of the autopilot. They give exact signs and magnitudes proportional to aerodynamic decoupling. No matrix inversion of the system dynamic for decoupling is needed. From frequency responses of the rolling channel, it will be seen that the decoupling and robustness for copping with aerodynamic couplings can be obtained simultaneously. Furthermore, the decoupling characteristics are kept almost unchanged for large system parameter variations and uncertainties. The 5-DOF simulations give same conclusions.     

Aerodynamic Modeling and Parameter Estimation from QAR Data of an Airplane Approaching a High-altitude Airport

Aerodynamic modeling and parameter estimation from quick accesses recorder (QAR) data is an important technical way to analyze the effects of highland weather conditions upon aerodynamic characteristics of airplane. It is also an essential content of flight accident analysis. The related techniques are developed in the present paper, including the geometric method for angle of attack and sideslip angle estimation, the extended Kalman filter associated with modified Bryson-Frazier smoother (EKF-MBF) method for aerodynamic coefficient identification, the radial basis function (RBF) neural network method for aerodynamic modeling, and the Delta method for stability/control derivative estimation. As an application example, the QAR data of a civil airplane approaching a high-altitude airport are processed and the aerodynamic coefficient and derivative estimates are obtained. The estimation results are reasonable, which shows that the developed techniques are feasible. The causes for the distribution of aerodynamic derivative estimates are analyzed. Accordingly, several measures to improve estimation accuracy are put forward.     

基于神经网络动态逆的大迎角导弹解耦设计

导弹大迎角飞行时,系统非线性特性非常明显,各通道间有很严重的气动交叉耦合现象.为实现对系统的非线性解耦,构造了基于神经网络动态逆的大迎角导弹解耦控制器,设计了非线性动态逆系统,利用RBF神经网络逼近逆误差.仿真实验结果表明:所设计的控制系统具有良好的解耦和指令跟踪能力.     

飞机大迎角气动数据的组成与应用

包含非定常气动力在内的由各种方式获得飞机大迎角气动数据,必需经过合理的组合才能形成完整可信的飞机大迎角数据。通过对过失速区飞机运动特点的分析,提出了组成总气 新方法。     

带输入饱和的直升机信息融合解耦控制算法

针对带输入饱和的直升机解耦控制问题,提出了一种改进的信息融合解耦控制算法,通过融合主通道和相应耦合通道期望输出和控制能量的软约束信息,以及系统状态方程和输出方程的硬约束信息,获得二次型性能指标下解耦控制律的最优估计,使直升机的内回路控制具有良好的动态特性和解耦性能。通过控制能量软约束信息的自适应调节,使求取的控制量满足输入饱和限制要求,避免了因输入饱和导致的解耦性能变差和驱动器过载问题。提出的信息融合控制算法基于被控对象的离散模型实现,容易应用于工程实际中。仿真结果表明了该算法的有效性。     

用于气动导数辨识的试飞数据处理方法研究

飞行试验的测量环境十分复杂,未经处理的试飞数据直接用于飞机的气动导数辨识会降低辨识精度,甚至导致辨识的迭代过程发散或收敛到错误值。提出一套从野值剔除、数据平滑、时延修正到相容性检验的试飞数据处理方法,并将其应用到真实试飞数据的气动导数辨识中,通过对比分析数据处理前后的辨识过程和辨识结果,验证了本文提出的数据处理方法在改善辨识过程收敛特性和提高辨识精度上的有效性。     

非电传民机纵向气动参数辨识激励信号研究

针对非电传民机气动参数辨识时,须通过设计激励信号激发出与待辨识参数相关的飞机运动模态才能得到准确的气动参数的特点,开展了适用于非电传民机纵向气动参数辨识的激励信号设计方法研究。基于信号能量分布和幅频响应分析的信号设计方法,对激励信号进行参数设计;综合辨识效果和驾驶员的易操纵性,建议选取经参数设计后的单周期正弦信号作为非电传民机的纵向激励信号。试飞验证结果表明,所提方法能够较好地激发出飞机运动模态,使试飞数据具有较高的气动参数可辨识性。