基于多模型的飞控系统自适应重构技术研究

针对飞控系统执行器故障引起参数大范围跳变的问题,提出了一种基于多模型的自适应重构控制方法。建立了执行器故障参数模型,根据故障的特征模型设计一系列并行的辨识模型,采用固定模型与自适应模型相结合的方式,依据转换标准选择与当前飞机状态最匹配的辨识模型所对应的控制器。通过对某型飞机侧向控制系统进行仿真,表明在执行器严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能。     

频域加权最优隐模型跟踪法及其在飞控系统设计中的应用

 把频率加权二次型法与隐模型跟踪理论综合起来,在系统设计时,考虑系统的稳定性、动态特性和鲁棒性要求,以期达到满意的综合指标。利用所述方法,设计了飞控系统的控制律。通过数字仿真及实时混合仿真表明,与通常最优二次型方法所设计的控制律比较,用本文所述方法设计的控制律,不仅有满意的稳定性和动态特性,而且还改善了鲁棒性。     

简化飞行控制律模型设计与应用方法研究

为了在战斗机总体设计中引入飞控系统对性能和品质的协调作用,提出了简化飞行控制律设计和验证的方法,并将其应用到飞机的选型过程中。首先针对飞机概念设计与初步方案设计阶段的特点,建立了适应飞机总体设计要求的简化飞行控制律模型;然后用最优二次型跟踪器和特征结构配置方法对飞机进行控制律设计,用神经网络方法进行调参设计;最后用等效系统拟配和Simulink数值仿真方法进行验证。通过算例说明上述方法是可行的,而且能够反映飞机总体飞行的特点,简单易行,因此可以为实际飞行控制律初步设计提供参考。     

简化飞控制律模型设计与应用方法研究

为了在战斗机总体设计中引入飞控系统对性能和品质的协调作用,提出了简化飞行控制律设计和验证的方法,并将其应用到飞机的选型过程中.首先针对飞机概念设计与初步方案设计阶段的特点,建立了适应飞机总体设计要求的简化飞行控制律模型;然后用最优二次型跟踪器和特征结构配置方法对飞机进行控制律设计,用神经网络方法进行调参设计;最后用等效系统拟配和Simulink数值仿真方法进行验证.通过算例说明上述方法是可行的,而且能够反映飞机总体飞行的特点,简单易行,因此可以为实际飞行控制律初步设计提供参考.     

基于A320飞机横航向控制律架构的LQ设计

空客A320飞机横航向控制律采用特征结构配置方法计算闭环增益,实现了期望特征值的配置及横航向关键参数之间的解耦。基于A320横航向控制律架构,提出使用线性二次型(Linear Quadratic,简称LQ)方法,对闭环增益进行重新设计。首先根据期望的特征值引入关键参数的频域整形环节,而后通过调整二次型性能指标加权矩阵实现期望特征值的逼近及关键参数之间的解耦,并求得闭环反馈增益,最后在特征结构、稳定裕度和横航向解耦效果方面与空客设计结果作了对比分析。仿真结果表明,LQ设计可获得与特征结构配置设计相近的结果,即得到接近期望值的特征值,并实现关键变量的解耦,同时保证了闭环稳定裕度。     

基于辨识模型的无人机鲁棒飞行控制方法

提出了一种基于系统辨识获取飞行动力学模型并进行鲁棒飞行控制律综合设计的方法。首先利用混合遗传粒子群优化算法,从真实试飞数据中辨识建立无人机动力学模型,然后基于随机鲁棒原理的设计方法和辨识模型,设计了无人机鲁棒飞行控制律。飞行试验验证表明,在无气动数据情况下所设计出的高性能鲁棒飞行控制律满足了无人机飞控研制的需求。     

自修复飞控系统的故障主动检测设计

当今自修复飞控系统多采用基于模型的解析余度法来检测传感器、作动器和操纵舵面故障。本文介绍了自修复飞控系统组成,自修复故障的基本方法;提出了通过模型参数的自适应调节,假设检验参数实时调整以及采用“零输出”响应的舵面故障检验激励的综合设计方案,以实现充分利用自修复系统功能的“主动检测”。     

无人机飞控软件测试方法研究

飞控软件是无人机飞行控制系统的控制神经中枢,对无人机飞控软件进行有效的测试是保证飞控系统质量的重要手段.根据某型无人机飞控软件及其开发特点,提出一种与软件开发过程同步的、基于多个测试环境的软件测试模型,重点阐述该模型涉及的单元和配置项测试方法.测试结果表明,提出的测试模型,测试工作能有效地发现无人机飞控软件在不同开发阶段引入的不同类型的软件缺陷,有效地保障了无人机飞控软件的安全性、可靠性和质量.     

多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究

介绍了多操纵面布局飞机飞控系统中冗余控制量分配问题的提出、数学描述及研究发展。重点分析了伪逆法、串接链法和基于二次规划的动态分配三种方法,通过某型先进布局飞机控制分配设计与仿真,对比分析了各种算法应用的优缺点,并给出了结论。     

多源冗余容错导航计算系统的设计与实现

常规无人机在余度配置传感器的信号处理、余度管理、故障检测与隔离等环节占用飞控计算机过多运算资源,增加了飞控计算机的整体负荷,致使全系统可靠性降低;与此同时,传统的传感器余度配置方案和导航计算机余度设计在工程中存在方案不完备和实时性较差等局限性。鉴于此,提出一种多源冗余容错导航计算系统的解决方案,给出系统的软硬件设计方法,并基于非相似余度技术设计多源冗余传感器硬件和软件滤波算法,采用双CPU+FPGA的架构设计多源冗余容错导航计算机硬件平台以及模块化软件架构,实现了系统的软硬件的开发。经过实际测试和试验,验证了系统具有通信速率快、可靠性高和稳定性好等特点,满足了高可靠性飞控系统对新型组合惯导的需求。     

民用飞机飞控通电自检测安全性研究

民用飞机飞控通电自检测安全性分析周期假设为20 FH(Flight Hour,飞行小时),不能覆盖24 h,飞机全天利用率高,在下次执行飞控通电自检测之前可能会出现飞控通电自检测过期告警。为了提高飞机维修性,有必要对飞控通电自检测安全性进行研究。通过建立飞控系统失效条件关联的故障树并更新飞控通电自检测的暴露时间,在符合飞控系统I～IV类失效条件等级故障概率要求和千分之一判据情况下,安全性分析结果表明飞控通电自检测周期可以提高到30 FH。     

Design and Simulation of Electro-hydrostatic Actuator with a Built-in Power Regulator

The electro-hydrostatic actuator (EHA) is a kind of power-by-wire (PBW) actuator that converts the electrical power into localized hydraulic power for flight control. By removing the central hydraulic power supply together with hydraulic pipes, an EHA's reliability and efficiency are greatly improved but its frequency width and stiffness decreased. To overcome the drawback, this article proposes a novel structure of EHA associated with a power regulator. Composed of a high-pressure accumulator and a proportional valve, it can store and harness the hydraulic power flexibly according to the changing control requirements. The concept of transferred volume is put forward to estimate the capability of the power regulator. The actuator output position can be kept fixed with a hydraulic lock. The compounded control is specially developed to ensure the actuator system to operate in a correct manner. The simulation results indicate that the new-brand actuator results in efficient expanding of the system frequency width with an optimal power supply.     

直升机鲁棒控制器设计及地面仿真试验

以直升机为被控对象,应用LQR技术设计了三轴稳定鲁棒控制器.以直升机模型、执行器模型以及设计的三轴稳定控制器构成全数字闭环仿真系统进行仿真,并将所设计的鲁棒控制器编制鲁棒实时飞行控制律软件加载至飞行控制计算机,在实际地面仿真环境下进行了较为全面的地面联试.仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器正确有效,并为其进一步应用于实际飞行控制系统打下了坚实基础.     

利用神经网络设计航空发动机全包线最优控制器

本文提出一种用神经网络拟合飞行条件、发动机工况与发动机最优控制器参数之间关系, 从而设计适合于全飞行包线范围内发动机最优稳态控制器的方案。该方案可以针对发动机分段线性化模型, 利用成熟的线性控制设计方法设计非线性控制器, 且控制器结构简单、实时性好。仿真结果表明, 所设计的发动机控制系统在整个飞行包线内的设计点及非设计点均具有良好的性能。      

飞行控制系统的输出反馈最优设计

本文在频域范畴内,利用输出反馈方法论述了在二次型性能指标下多变量线性最优调节器的控制问题,通过把多变量系统的前馈解耦控制与最优控制结合起来,得到了最优控制解的频域形式。这种最优控制规律既可使系统的能耗和输出偏差综合最优,具有较好的抗干扰性,又可满足给定的时域性能指标。方法简单,求解方便,便于工程应用。作为例子,文中对某纵向飞行控制系统进行了最优设计。     

基于小扰动方程的直升机前飞LQR控制律设计与仿真

建立了某型直升机的小扰动运动方程,并将该模型分解为纵向模型和侧向模型,提出了前飞控制律应达到的稳态指标.以该型直升机为被控对象,采用输出反馈线性二次型调节器(LQR)技术设计了前飞控制律.通过数字仿真验证了控制律能够较好地实现直升机的前飞性能,为工程应用提供了一定的理论依据.     

基于死区补偿的氧调器平稳切换自抗扰控制

歼击机中供氧系统内的氧气气压调节系统（氧调器系统）对飞行员的飞行质量至关重要。但是氧调器系统易受飞行环境和飞行员呼吸状态等因素的影响,而且氧调器所用阀门大多含有死区,会给控制系统带来稳态误差,导致控制难度增大,一般的控制策略难以兼顾补偿较大死区和抗扰两个条件。针对此问题,建立了基于音圈电机驱动阀的氧调器系统模型,并针对模型死区特性采用了死区补偿和双限幅模块,设计了基于死区补偿的平稳切换自抗扰控制策略。仿真及对比结果表明：采用同一套控制参数,可以使氧气面罩内压强在各个呼吸频率时有效,并快速地控制在呼吸阻力容许界限以内;并且其呼吸阻力低于将死区看作扰动的一般自抗扰控制（ADRC）。同时,验证了此策略的鲁棒性和抗扰性。     

具有智能调节机构的航空发动机自适应控制系统

采用仅利用输入输出测量值的模型,参考自适应控制,设计了某型涡扇发动机的多变量控制系统;在飞行包线内选取标称点分别确定了自适应律的参数,以保证控制系统性能在该标称点处达到最优;用神经网络的方法拟合了发动机工作条件与自适应律参数之间的关系,建立了根据发动机工作状况选择合适自适应律参数的智能调节机构。仿真结果表明,所设计的控制系统在整个飞行包线内的标称点与非标称点均具有良好的性能。     

倾转旋翼机过渡段最优飞行控制系统设计

针对倾转旋翼机既存在拉力矢量控制又存在空气舵控制的复杂操作特性,在完成倾转旋翼机数学建模的基础上,采用线性二次型最优调节器方法对其过渡段飞行控制系统进行了设计。仿真验证表明,所设计的飞行控制系统能够满足要求,说明了该设计方案的可行性。