基于总能量理论的着舰飞行/推力控制系统

为提高舰载飞机在低动压着舰条件下飞行操纵性能和实现飞行航迹/速度之间的解耦,首先设计了阻尼器,使飞机的短周期阻尼达到了一级飞行品质的要求;然后,基于总能量控制理论设计了着舰飞行/推力综合控制系统。该控制系统使航迹角的响应带宽为1.21 rad/s。仿真结果表明,该系统能够在保持速度恒定的条件下实现航迹角的快速响应,而且对气动参数摄动具有较强的鲁棒性。     

基于自适应的变形式陆空机器人转域过程飞行控制

针对一种变形式四旋翼陆空两栖机器人，研究空陆转域飞行控制方法，为实现陆空机器人从空中到地面的连续机动奠定了基础。建立了等效于变形式四旋翼陆空两栖机器人的飞行及转域系统结构模型和动力学模型，针对转域变形过程中转动惯量的改变及复杂飞行环境中负载变化和机体质量受损问题，在设计了基于线性二次型调节器（LQR）算法的姿态控制器和基于比例-积分-微分（PID）算法的高度控制器基础上，设计加入模型参考自适应系统（MRACS）解决模型参数不确定性问题。利用Adams/MATLAB联合仿真，首先得到空陆转域变形角度的极限值，然后对比仿真有无自适应补偿器的控制效果验证了该控制方法的高效性。研制了转域飞行样机，对空陆转域变形角度极限值和飞行控制方法进行了试验验证。     

民用飞机大气传感器低速验证试验研究

飞机的大气传感器是获得飞机外部大气参数的重要的测量仪器,如果大气传感器自身精度不够,或者由于布置不合理引起的误差,就会引起飞行危险。为了验证气动设计的布局方案,选出传感器位置比较优化的方案,得到机头静压值随迎角变化不变的区域,同时总结出民机大气数据传感器布局设计验证的风洞试验方法。通过低速测压风洞试验和缩比传感器（风标和七孔探针）,测量得到大气传感器不同布局位置的气动特性。结果表明：大气传感器的布局位置对测量结果影响相当重要;试验结果与计算结果符合良好,满足气动设计要求。     

考虑舵机动力学的旋转弹自适应解耦控制

为解决由气动交联、控制交联引起的旋转弹俯仰和偏航通道间的耦合问题，提出了一种考虑气动不确定和执行机构动力学的自适应解耦控制方法。以一类鸭舵作用下的双通道控制旋转弹为研究对象，建立了非旋转弹体坐标系下考虑舵机动态响应过程以及气动参数不确定性的线性化动力学模型。利用模型参考自适应控制方法作为基础框架，将跟踪误差积分扩维至被控系统以改善闭环系统的跟踪性能。将舵机输入与输出之间的误差信号反馈到参考模型中实现俯仰和偏航通道之间的解耦。通过理论分析和数值仿真，验证了所提自适应解耦控制方法的有效性。仿真结果表明，设计的自适应解耦控制器能够保证闭环系统稳定并且实现俯仰和偏航通道之间的解耦。     

战斗性机动飞行的智能反步自适应控制

针对飞机战斗性机动飞行时模型非线性和参数不确定性的特点,提出了一种非线性反步自适应控制方法.在系统输入输出反馈线性化基础上,基于滑模的思想适当选取李亚普诺夫函数,通过反步的方法回馈递推得到控制律,并且利用粒子群算法优化固定参数改善动态性能,同时设计相应的自适应律来调节未知参数,最后通过伪逆控制分配方法得到最终控制信号.仿真结果表明:在较大的模型气动参数不确定条件下,所设计的控制律仍能理想地跟踪飞机战斗性机动指令飞行,同时具有快速的收敛性和良好的鲁棒性.     

RCS/气动舵自适应控制分配方法研究

控制分配解决给定的期望控制力矩到各个可用的执行机构的分配问题.针对传统的基于控制策略的可重复使用运载器再入控制分配方法的不足,提出了一种基于混合整数线性规划的RCS/气动舵自适应控制分配方法;避免了控制策略依赖于具体标称弹道和飞行器飞行控制效率的特性,缩短了飞行控制系统的开发周期,增强了飞行任务的灵活性和自主性.仿真结果表明,所设计的控制分配方法是有效的,能够实现RCS和气动舵的自适应控制分配.     

一种动态面神经网络鲁棒飞行控制律设计

提出一种基于RBF(Radial Based Function)神经网络和动态面控制的飞行控制律设计方法。针对飞机气动参数变化引起的非线性和不确定性,通过RBF神经网络在线逼近。动态面飞行控制律消除了反推设计方法中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。同时,在控制律设计中引入一个鲁棒因子项来补偿外界干扰和神经网络的逼近误差,提高了系统的鲁棒性,使整个系统获得更好的跟踪控制性能。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致终结有界,并且通过适当选择设计参数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。最后,通过飞机俯仰运动飞行的数值仿真验证了该方法的有效性。     

带有执行器约束条件的模糊自适应反步控制

针对高超声速飞行器在飞行控制过程中存在外界干扰以及考虑执行器的动态特性等问题,结合飞行器纵向模型的特点,考虑舵的动态特性,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于指令滤波器采用Backstepping控制方法的高度控制器。模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性。运用Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性,证明了包含跟踪误差在内的所有信号满足半全局一致稳定。最后通过仿真对控制器的控制效果进行验证,得到了较为满意的控制效果。     

基于特征模型的高超声速飞行器鲁棒控制方法

针对高超声速飞行器不确定性因素多、参数变化范围大的特点,将特征建模理论与多模型自适应控制方法相结合,设计了一种基于特征模型的鲁棒自适应控制方案.将飞行器的飞行包络划分为若干个子空间,基于对象特征模型分别设计各子空间的H,鲁棒控制器,飞行过程中,通过在线辨识得到的特征模型参数对各子控制器进行平滑切换.该控制方案不但可以较...     

基于神经网络的自动着陆飞行鲁棒自适应逆控制

针对飞机自动着陆飞行提出了基于神经网络的鲁棒自适应非线性动态逆控制器设计方案。首先采用非线性动态逆方法设计着陆飞行的基本控制律,再利用多层感知器神经网络设计适当的权值调整规则使其能够自适应地逼近和补偿逆误差。仿真结果表明,所设计的飞行控制系统是有效的,系统能够克服动态逆误差对着陆飞行控制带来的不利影响。     

Multiobjective Target Feedback Loop / Loop Transfer Recovery (TFL/LTR) design with application to aircraft lateral control in high incidence regime

Target Feedback Loop / Loop Transfer Recovery (TFL/LTR) synthesis and multiobjective optimization are combined to design robust and well performing controllers in a most general sense. A TFL/LTR synthesis based on quadratic stabilization is used to efficiently synthesize robustly stabilizing controllers. Multiobjective optimization is used to tune synthesis parameters for which the TFL/LTR controller yields good performance in addition to robust stability. The technique is demonstrated in the design of a lateral controller for a high performance aircraft in high incidence regime.     

用LQG／LTR方法设计航空发动机多变量控制器

研究航空发动机多变量鲁棒控制器的设计方法。以某型涡轮喷气发动机为对象, 利用差分法得到发动机的小偏离状态空间模型, 计算了多种工况下的模型参数。利用LQG/LTR方法设计了发动机双变量鲁棒控制器, 研究了该控制系统的指令跟踪、解耦、干扰抑制等性能。      

民用飞机气动布局发展演变及其技术影响因素

在民用飞机气动布局发展演变的历程中,技术因素是根本推动力。为了研究未来民机的发展方向、技术需求以及应对策略,在回顾民机气动布局发展历程的基础上,梳理了在现代民机气动布局形成与演变过程中有着重要影响的4大类技术因素:航空发动机、气动设计、结构设计、飞行控制,并且揭示了这些技术因素在民机发展及其气动布局演变中所发挥的作用。结合未来航空运输市场出现的新需求,分析了未来民机的主要发展方向,重点分析了未来非常规布局民机可能采用的翼身融合、双气泡机身、支撑翼以及联结翼等气动布局形式。最后探讨了新技术条件下民用飞机发展在技术方面的需求和挑战,以及未来民用飞机总体设计的技术策略,明确了多学科设计优化是满足未来民机总体设计需求的有效技术途径。     

Predictor-based model reference adaptive roll and yaw control of a quad-tiltrotor UAV

An attempt is made to apply modern control technology to the roll and yaw control of a rudderless quad-tiltrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the latter part of the flight mode transition, where aerodynamic forces on the tiltrotor’s wings start to take effect. A predictor-based adaptive roll and yaw controller is designed to compensate for system uncertainties and parameter changes. A dynamics model of the tiltrotor is built. A Radial-Basis Function (RBF) neural network and offline adaptation method are used to reduce flight controller workload and cope with the nonlinearities in the controls. Simulations are conducted to verify the reference model response tracking and yaw-roll control decoupling ability of the adaptive controller, as well as the validity of the offline adaptation method. Flight tests are conducted to confirm the ability of the adaptive controller to track different roll and yaw reference model responses. The decoupling of roll and yaw controls is also tested in flight via coordinated turn maneuvers with different rotor tilt angles.     

Adaptive control for feedback-linearized missiles withuncertainties

A robust adaptive control scheme is proposed that can be applied to a practical autopilot design for feedback-linearized skid-to-turn (STT) missiles with aerodynamic uncertainties. The approach is to add a robust adaptive controller to a feedback-linearizing controller in order to reduce the influence of the aerodynamic uncertainties. The proposed robust adaptive control scheme is based on a sliding mode control technique with an adaptive law for estimating the unknown upper bounds of uncertain parameters. A feature of the proposed scheme is that missile systems with aerodynamic uncertainties can be controlled effectively over a wide operating range of flight conditions. It is shown, using Lyapunov stability theory, that the proposed scheme can give sufficient tracking capability and stability for a feedback-linearized STT missile with aerodynamic uncertainties. The six-degree-of-freedom nonlinear simulation results also show that good performance for several uncertainty models and engagement scenarios can be achieved by the proposed scheme in practical night conditions     

基于Kalman滤波的变体飞行器T-S模糊控制

针对变体飞行器的跟踪控制问题,提出了一种基于Kalman滤波的T-S模糊控制方法。考虑飞行器系统状态不可测,引入惯导数据作为辅助信息,利用Kalman滤波算法融合飞控信息与惯导信息实现状态估计。由于变体飞行器在不同变形结构下气动特性变化较大,为便于控制器设计,采用小扰动线性化方法得到飞行器在不同平衡点处的局部线性模型,并通过状态反馈方法设计局部控制器,局部线性模型和局部控制器通过模糊集和模糊规则聚合成一个连续光滑的全局T-S模糊模型和T-S模糊控制器。通过综合Kalman滤波器与T-S模糊控制器得到一个基于Kalman滤波的T-S模糊控制器。仿真结果表明,该控制器在变形过程中能够实现状态估计,保证飞机的跟踪性能。     

微小型直升机非线性鲁棒控制器设计

针对含有未建模动态的微小型直升机非线性模型,设计了基于反步法和自适应模糊系统的自主飞行控制器.该控制器包含两个回路:航迹控制外回路和姿态控制内回路.外回路通过旋转矩阵实现对内回路姿态的控制,而非传统的欧拉角或姿态四元数.控制器采用自适应Takagi-Sugeno(TS)模糊系统在线补偿系统未建模动态的影响,并利用反步法完成控制器综合.所设计的算法在确保整个控制系统稳定性的同时又可保证系统能够有效应对未建模动态的影响.系统仿真结果表明,在盘旋上升飞行模态下控制系统能够快速准确地跟踪预设轨迹,并且具有良好的鲁棒性能.     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。     

Nonlinear adaptive and sliding mode flight path control of F/A-18 model

The question of inertial trajectory control of aircraft in the three-dimensional space is discussed. It is assumed that the nonlinear aircraft model has uncertain aerodynamic derivatives. The control system is decomposed into a variable structure outer loop and an adaptive inner loop. The outer-loop feedback control system accomplishes (x,y,z) position trajectory and sideslip angle control using the derivative of thrust and three angular velocity components (p,q,r) as virtual control inputs. Then an adaptive inner feedback loop is designed, which produces the desired angular rotations of aircraft using aileron, elevator, and rudder control surfaces to complete the maneuver. Simplification in the inner-loop design is obtained based on a two-time scale (singular perturbation) design approach by ignoring the derivative of the virtual angular velocity vector, which is a function of slow variables. These results are applied to a simplified F/A-18 model. Simulation results are presented which show that in the closed-loop system asymptotic trajectory control is accomplished in spite of uncertainties in the model at different flight conditions.