直升机着舰引导与控制研究进展

随着现代海战向立体化、多层化发展,舰载直升机以其垂直起降、定点悬停等优势成为未来海战武器装备的重要组成部分,而着舰引导与控制是舰载直升机的关键技术。本文对直升机着舰引导技术与着舰控制技术的研究进展进行概述,着重概述和分析了着舰引导技术中的雷达、卫星、视觉、光电引导技术。其次对舰载直升机着舰的环境影响因素、综合流程以及应用现状进行概述分析,最后对舰载直升机着舰技术进行了展望。     

着舰导引系统H∞控制器设计

舰载机着舰导引误差的最大来源是舰导气流扰动。为抑制气流扰动,提高舰载机自动着舰导引的精度,本文将Ｈ∞控制方法应用于着舰导引系统设计,将导引系统性能要求转化为对Ｈ∞控制分析的结构及权阵的选取。     

基于Backstepping的无人机自动着舰控制律

针对无人机自动着舰问题,通过对无人机运动学模型分析,以无人机的纵向运动模型为验证平台,论证了Backstepping控制方法应用于无人机自动着舰系统设计的可行性。为了抑制风的干扰,提高着舰精度,设计出基于Backstepping的自动着舰引导系统。通过对所设计的自动着舰导引系统进行仿真。在仿真层面上,该设计能够满足着舰要求,能有效抑制风的影响,具有良好的鲁棒性能。     

舰载机动力补偿系统模糊逻辑设计技术

在舰载机迎角恒定动力补偿系统(Approach power compensator sysytem, APCS)研究的基础上,提出了一种采用模糊自适应PID控制参数整定方法,将模糊控制思想和PID控制技术有机地结合起来,实现了舰载飞机进场动力补偿系统智能化设计和PID参数在线自整定.该算法的另一个重要特点是省略了常规控制算法中法向加速度Δaz及舵偏Δδe两路信号反馈,仅利用迎角误差Δα及其变化率Δ进行反馈控制,简化了工程实现.最后,以国外某舰载飞机为研究对象,对它的动力补偿系统进行了设计和数字仿真.结果表明,该方法提高了舰载机的着舰精度,改善了系统的抗阵风干扰能力,提高了系统的鲁棒性.     

舰载机-拦阻器耦合系统动力学建模与仿真分析

拦阻过程是舰载机着舰过程中的核心环节。舰载机的着舰滑跑响应除受舰载机自身特性、起落架缓冲特性影响外，拦阻器的拦阻特性对舰载机着舰滑跑动响应也具有至关重要的影响。本文提出了舰载机-拦阻器联合仿真分析模型的建模方 法，建立了包含完整的MK7-3拦阻器刚柔耦合动力学模型和某型舰载机动力学模型为一体的舰载机-拦阻器刚柔耦合动力学系统。数值仿真分析结果表明，本文建立的舰载机-拦阻器耦合系统模型能够很好地描述舰载机着舰过程中与拦阻器之间的交互作用特征，舰载机着舰滑跑 数据的计算结果与实验结果吻合。     

着舰过程中风切变对PIO的影响

研究了舰尾风场作用下的舰载机着舰安全性问题。建立了风切变影响下的舰载机模型，研究了风切变在舰载机着舰过程中对驾驶员诱发振荡（Pilot Induced Oscillation, PIO）的影响，研究了重新构型的舵机速率限制器在舰尾风场环境中对PIO的抑制作用。仿真结果表明，舰载机在着舰下滑过程中风切变对PIO的影响有限，但会使舰载机突然出现短暂的“点头”现象，导致驾驶员以高增益操纵飞机，造成作动器速率达到饱和，从而诱发PIO。采用带反馈及旁通的舵机速率限制器与速率限制器前置滤波器相配合，对由飞机操纵系统中的非线性特性引发的PIO有较好的抑制效果。     

小型舰载无人机侧向自主着舰引导技术

针对无人机着舰性能要求,以国外现役某小型舰载无人机为例,研究其侧向自主着舰引导技术。构建该型舰载无人机侧向自主着舰引导系统,给出侧向自主着舰引导算法,建立无人机动力学和运动学模型,设计侧向飞行控制系统,优化轨迹控制器参数。最后搭建综合仿真平台,完成各模块的分析与测试,实现着舰性能的验证与评估。仿真中,加入舰尾流扰动模型,且舰载无人机初始位置及初始速度方向任意。仿真结果表明,该系统能很好地引导无人机自主着舰,着舰性能符合要求。     

舰载机前轮滑跃起飞技术

在航母甲板上引入斜坡跑道,使舰载机弹射冲程结束后,前轮单独进入斜坡跑道,从而使飞机抬头。建立了舰载机起飞时的简化分析模型,给出了基于该分析模型的运动微分方程及相关参数的表达式,并采用龙格库塔算法对舰载机在斜坡跑道上滑跑起飞这一过程的动态响应进行了数值仿真。仿真结果表明,斜坡跑道的引入可以明显降低舰载机离舰后航迹的下沉量,降低舰载机的离舰速度,增加起飞质量,增大前起落架载荷。     

基于工业机器人的飞机柔性装配技术

研究了基于工业机器人的飞机柔性装配技术,着重讨论了机器人精度补偿、末端执行器设计、法线检测与找正、系统控制、离线编程等关键技术。通过在小翼部件加工中的应用,达到了孔位精度±0.5mm、法向精度±0.5°等关键技术指标。结果表明,对于特定应用对象采用机器人技术进行飞机部件自动装配为一个理想、低成本的解决方案,随着当今工业机器人性能不断增强,配以末端执行器和相关的补偿系统,在航空工业作为装配平台是可行的。     

干扰和执行器故障下的舰载机着舰容错控制系统

本文提出了一种执行器故障的舰载机着舰容错控制系统,该系统可有效抑制着陆过程中的外界干扰和执行器故障带来的不利影响。首先,利用基于最小二乘的自回归模型对甲板运动进行预测,以获得在波浪干扰下的准确落点;其次,设计了下滑路径导引律,利用该导引律生成飞行航迹角;此外,设计了基于干扰观测器的快速终端积分滑模控制器,利用低通滤波器实现了控制器串联设计;最后,通过李雅普诺夫函数证明了该容错控制方法的跟踪误差一致有上界。将本文方法与比例-积分-微分控制器进行了对比数值仿真,验证了该算法的可行性。     

Guidance and Control Techniques of Carrier-Based Aircraft for Automatic Carrier Landing

We summarize the guidance and control techniques of automatic carrier landing for carrier-based aircraft.First,we analyze the carrier landing operations of the manned fixed-wing aircraft,unmanned fixed-wing aircraft and helicopters.Second,we look into the navigation and guidance system and the flight control methods for current different aircraft.Finally,we draw several conclusions of the development prospects for aircraft carrier landing,including the precision landing control techniques,precision approach and landing guidance techniques,and adaptive,reconfigurable and intelligent flight control techniques.     

无人机自动着陆的导引与控制(英文)

针对无人机自动着陆的需求 ,以某型无人机为对象 ,设计并实现了一种基于机载数字式飞行控制系统和地面无线电跟踪器的自动着陆制导与控制方案。该型无人机的实时仿真和飞行测试结果表明 ,方案设计合理 ,易于实施 ,完全满足无人机自动着陆的要求。     

Automatic Carrier Landing Control for Unmanned Aerial Vehicles Based on Preview Control

For carrier-based unmanned aerial vehicles(UAVs),one of the important problems is the design of an automatic carrier landing system(ACLS)that would enable the UAVs to accomplish autolanding on the aircraft carrier.However,due to the movements of the flight deck with six degree-of-freedom,the autolanding becomes sophisticated.To solve this problem,an accurate and effective ACLS is developed,which is composed of an optimal preview control based flight control system and a Kalman filter based deck motion predictor.The preview control fuses the future information of the reference glide slope to improve landing precision.The reference glide slope is normally a straight line.However,the deck motion will change the position of the ideal landing point,and tracking the ideal straight glide slope may cause landing failure.Therefore,the predictive deck motion information from the deck motion predictor is used to correct the reference glide slope,which decreases the dispersion around the desired landing point.Finally,simulations are carried out to verify the performance of the designed ACLS based on a nonlinear UAV model.     

某型无人机自动着陆系统研究

论述了用ＤＧＰＳ／ＳＩＮＳ／ＲＡ组合导航系统引导的某无人机自动着陆系统的总体方案，利用该无人机的小扰动线性化方程，对其轨迹控制系统进行了分析设计。在不采用速度控制系统的情况下，利用该无人机的全量微分方程，对其在各种起始状态及各种干扰下的自动着陆过程进行了仿真。仿真结果表明，着陆性能符合要求。     

Optimal Preview Control for Automatic Carrier Landing System of Carrier-Based Aircraft with Air Wake

Carrier-based aircraft carrier landing is a special kind of tracking control problem and not suitable for classical control methods,which may miss the desired performance or result in overdesign.Therefore,we present an optimal preview control for automatic carrier landing system(ACLS)by using state information of system,as well as future reference information,which can avoid the shortcomings of classical control methods.Since the flight performance of carrier-based aircraft is disturbed by air wake when the aircraft flies near the area of carrier stern,we design a disturbance rejection strategy to ensure that aircraft track the glide path with high precision and robustness.Further,carrier-based aircraft is a complex nonlinear system.However,the nonlinear model of carrier-based aircraft can be linearized at equilibrium landing state and decoupled into the longitudinal model and the lateral model.Therefore,an optimal preview control system is designed.The simulation results of a carrier-based aircraft show that the optimal preview control system can effectively suppress air wake.Tracking accuracy of optimal preview controller is higher than that of the proportional integral differential(PID)control system.     

着舰导引中的H∞飞行/推力综合控制设计

以提高低动压着舰时动态跟踪及抑制舰尾气流扰动的性能为期望 ,基于线性矩阵不等式 (LMI)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结构。使飞机在接近舰尾处于雷达导引系统关闭的关键时刻 ,该系统仍有姿态保持及抑制气流扰动的优良性能 ,从而改变了传统设计需由导引系统纠正气流扰动而引起的轨迹偏离。基于工程应用 ,文中提出了 H∞ 控制器的降阶方法 ,进行了离散化实时仿真验证。仿真表明 ,本文开发的系统能够很好地满足设计要求     

一种无人驾驶飞机全自动着陆系统

本文介绍了无人驾驶飞机航迹控制的全自动着陆系统的设计思想和实施措施,解决如何平稳安全回收无人驾驶飞机的问题。用这种方法对高原型无人机进行了仿真,着陆性能符合要求。采用该系统的优点是不需要修改无人机自身的结构就可以自动安全着陆。     

民航机综合飞行性能管理的能量状态方法(英文)

用质点能量状态近似法来研究飞机综合飞行性能管理技求.首先介绍了飞行性能优化的原理和算法,然后讨论了综合飞行轨迹/速度控制系统——总能量控制系统(TECS),并分析与设计了最优轨迹制导算法,它将性能优化结果直接与总能量控制系统联系在一起,形成综合飞 行性能管理系统.对某型运输机模型的设计与仿真结果证明了该系统所获得的满意性能。     

单调节油门的飞控系统研究

对单调节油门的飞行控制系统进行了分析与研究，在论述了单调节油门的飞控系统的基本控制原理之后，以Ｂ－７２０收音机为研究背影对其数学模型进行了分析，文中彩模态加权的ＬＱＲ方法设计了可有效提高飞机稳定性的增强系统；研究了单调节油门的飞控系统地飞机速度进行控制的原理；在增强系统基础上设计了与仪表着陆系统相耦合的自动着陆系统。通过大量的分析与仿真表明，有杉现代控制理论进行单调节油门控制系统的设计是可行的。