民机自动飞行模式设计规范与适航性分析

民机自动飞行系统对降低飞行员工作负荷、提高飞行安全性具有重要作用.分析了自动飞行系统飞行模式设计的相关适航规范要求,研究了模式设计的基本方法和软件开发工具,以及适航符合性验证方法.开发了一种飞行模式设计与仿真平台,基于MATLAB/Stateflow设计飞行模式及其切换机制,采用MATLAB/GUI接收驾驶员操作输入,并调用飞行动力学模型进行实时仿真.形成一个集模式设计、仿真和验证一体化的闭环平台,可用于民机飞行模式的设计和适航性分析.     

综合控制系统研究及其仿真

研究了综合火力/飞行/推进控制系统原理及其各个子系统的控制律设计方法,研究通过飞行、推进、火控等系统的综合实现自动飞行、自动攻击的原理,并利用VC 和Open GL联合开发了综合控制仿真、设计平台,结合有效的任务管理及控制律剪裁,实现了灵活的系统运行配置,将设计平台和仿真平台集为一体,并将多个系统的综合、测试、仿真在一个平台上实现。最后通过数字仿真表明,综合控制系统明显地提高了飞机综合化、自动化水平,也验证仿真平台达到了设计要求。     

火/飞/推综合控制系统及其仿真平台研究

介绍了火/飞/推综合控制系统原理及其各个子系统的控制律设计方法。阐述了通过飞行、推进、火控等系统的综合实现自动飞行、自动攻击的原理和算法。开发了综合控制仿真设计平台,结合有效的任务管理及控制律剪裁实现了灵活的系统运行配置,将设计平台和仿真平台集为一体,并将多个系统的综合、测试、仿真在一个平台中实现。数字仿真表明,综合控制系统明显提高了飞机综合化、自动化水平,也验证了仿真平台达到了设计要求。     

基于Stateflow的自动飞行模式转换逻辑研究

现代民用飞机的自动飞行模式有很多种，且各模式间相互关联和影响，容易造成模式转换的混乱。为解决模式转换的混乱问题，对自动飞行模式转换逻辑进行了研究，分别梳理了飞行指引、自动驾驶仪以及横向和纵向模式转换关系。利用Stateflow搭建了自动飞行各功能的模式转换模型，同时利用Matlab的GUI搭建仿真的飞行控制板和自动飞行模式显示界面，模拟仿真飞机的自动飞行模式转换功能。最后通过预期的模式转换矩阵的方式验证平台中模式转换的正确性。     

基于RT-LAB的飞行仿真试验平台

以正在研制的某型号支线飞机为背景,设计了基于RT-LAB的飞行仿真试验平台。此试验平台利用了RT-LAB仿真系统的核心优势,同时采用VMIC网通讯保证其实时性。通过驾驶员在回路中仿真试验,验证了基于RT-LAB的飞行仿真试验平台的实时性和有效性,满足了ARJ21飞机地面模拟试验的需求。     

飞行仿真在民机地面和飞行测试中的应用

使用“飞行仿真测试系统”（FETS）能提供“在地面上飞行”的能力，提高地面和飞行试验的效率和有效性。飞行仿真是向多种综合系统提供动态数据，响应实际的飞行员输入。飞行仿真能够对以前只能在飞行中进行的综合系统的工作进行验证和研究。其应用包括硬件在回路中首飞前的动态试验、实际飞行方案的飞行前实施、系统改变后的回归测试、许多飞行功能的地面验证以及飞行中异常情况的解析。     

基于某型航牢发动机的综合控制系统试验平台设计

针对多数半物理仿真试验平台系统的结构简单、功能单一、无法模拟控制系统在发动机上真实工作的情况,设计了基于真实外部管路的控制系统综合半物理试验平台,对试验平台的重要环节进行了建模和仿真分析,并进行调试试验。测试结果表明:半物理仿真试验平台可满足控制系统综合试验的性能调试、功能验证和故障复现等要求,对某型航空发动机控制系统的研制具有重要指导意义。     

基于神经网络自适应动态逆的结冰飞机飞行安全边界保护方法

考虑到飞机带冰飞行的安全问题，对结冰飞机进行安全边界保护成为一种有效的解决手段。基于神经网络自适应动态逆跟踪性能好、鲁棒性强的优点，提出了以安全关键飞行参数限制值作为神经网络自适应动态逆的输入，获取可用舵面偏转角的边界保护方法。建立了飞机本体动力学模型，采用高精度的数值模拟方法获得结冰数据库。设计了神经网络自适应动态逆控制律，通过在动态逆环节引入单隐层神经网络，对不确定性逆误差进行自适应补偿，增强了控制系统的鲁棒性。以俯仰姿态保持模式为例设计了结冰飞行闭环安全边界保护系统。以结冰飞机最小平飞速度的估算值作为飞机最低飞行速度，设计自动油门控制系统，实现对飞行速度的保护。通过仿真验证了设计的控制律具有较强的鲁棒性。对结冰严重程度线性增加情形下飞机状态参数的动态响应进行了分析。仿真结果表明，所设计的结冰边界保护系统，能够实现飞机在容冰飞行过程中对安全关键参数如迎角、飞行速度的实时保护。     

基于BDI模型的管制员Agent行为建模研究

针对空中交通仿真系统中的管制员Agent建模问题，通过分析管制操作行为特点，采用BDI结构，建立了基于决策树模型的管制规则知识库，设计了慎思型管制员Agent。基于Jadex平台，构建了管制员Agent模型，将由JADE平台建立的航空器Agent和模拟空管自动化系统Agent与Jadex平台建立的管制员Agent进行通信与协调，通过仿真系统构建仿真场景并验证管制员Agent的BDI推理过程，实现了对管制员的日常指挥行为的模拟。实验结果表明，所构建的管制员Agent模型可以顺利进行推理过程并对飞行冲突进行探测与解脱。     

高空台飞行环境模拟系统数字建模与仿真研究

为了分析新建高空台飞行环境模拟系统试验设备动态控制特性,研究各子系统关联耦合性,开展了系统建模和仿真研究。采用相似理论和部件级建模方法针对进排气关键调节阀、液压伺服系统和管道容腔等进行了数学建模研究,建立了相应设备特性模型,设计了双闭环进排气压力自动控制结构。在对实际控制系统功能性分解基础上,构建了飞行环境模拟系统数字仿真平台,并在数字仿真平台上进行了压力动态控制仿真。仿真结果表明各子系统压力动态建立过程与真实高空模拟试验过程趋势一致,能够反映真实系统的压力动态过程,证明了系统数学模型的合理性。利用仿真方法模拟了发动机流量变化对各控制子系统的影响,稳压腔压力最大偏差为4.5kPa,发动机进气压力最大偏差为3.4kPa,排气压力最大偏差为1.5kPa,验证了飞行环境模拟系统控制性能。     

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。     

保持飞行迎角恒定的飞行/推力综合控制

迎角恒定的飞行 /推力综合控制能明显地改善飞机机动能力 ,使飞行轨迹对姿态有快速精确响应。论述了具有迎角恒定动力补偿系统的工作原理 ,研究其控制规律及设计方法 ,并与速度恒定的动力补偿系统进行比较。以舰载飞机自动进近着舰系统的动力补偿为例 ,给出了仿真验证的结果。     

涡轴发动机/直升机综合控制仿真平台设计

建立了UH-60直升机/T700涡轴发动机综合控制数字仿真平台。基于VC++环境开发了包含UH-60直升机/T700涡轴发动机综合实时模型的上位机程序,与运行机载涡轴发动机+旋翼实时模型及在线优化控制模式的下位机程序。两者基于TCP/IP协议实时通讯,可进行模拟实际直/发综合优化控制的数字仿真实验。在该数字仿真环境下,分别给出了提高直升机常规飞行性能的多种优化控制模式仿真、变旋翼转速优化控制以及快速功率跟随控制模式仿真,充分表明该平台可为新一代直/发综合系统的开发研制提供一个可靠的前期数字仿真验证。     

直升机/发动机系统综合控制半物理仿真

基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的 直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.      

空-空导弹合成调节自动驾驶仪飞行试验

下一代近程空-空导弹将以在近程空-空战斗中具有很强的机动性为主要特征。而相应系统的强非线性和快速时变动态特性,都将为自动驾驶仪的设计带来巨大挑战。利用现代的鲁棒设计方法论,例如带有动压控制器调参的合成的综合设计法将产生一个完整的高性能的自动驾驶仪。全方位的仿真和几项飞行试验验证了整个飞行过程的鲁棒性和工作性能。     

基于AMESim的直升机液压助力器建模与仿真

介绍了直升机飞行操纵系统典型液压助力器的组成和工作原理,对助力器静动态性能分析方法进行了研究。综合考虑不可忽视液压刚度、结构刚度、摩擦、泄漏等非线性因素对系统的影响,建立了基于AMESim的助力器模型。利用该模型对直升机飞行操纵系统样例液压助力器进行仿真分析,将仿真结果和试验结果进行验证对比,结果表明仿真数据和试验数据基本吻合,较好地反映了实际系统的性能。因此仿真结果可以为直升机飞行操纵系统液压助力器打样设计和结构优化提供理论分析依据。     

飞行环境模拟腔积分型μ综合控制

针对高空台飞行环境模拟腔飞行环境温度、压力的双变量控制问题,采用系统不确定性建模的方法,建立了高空模拟腔、调节阀执行机构的增广被控对象模型,提出了一种高空模拟腔积分型μ综合控制的设计方法,为了确保控制器伺服性能,对温度、压力回路采用不同的性能加权函数,同时对控制器输出幅值进行分频成型加权函数设计,采用D-K迭代算法设计了μ综合控制器,以涡扇发动机的仿真试验为例对算法进行仿真验证。仿真结果表明,高空模拟腔温度仿真的最大偏差为1K,压力的相对误差在3%以内。     

基于Stateflow的 无人机多模态控制转换逻辑设计

针对基于Simulink建立的无人机飞行管理系统存在逻辑复杂、全飞行状态航迹仿真建模繁琐等缺点,文章利用有限状态机建立无人机全状态、多种导航控制模态下的控制和逻辑切换流程,并结合飞行管理系统、飞行控制系统和无人机运动学模型建立无人机全状态仿真系统,通过仿真对飞行工作模式的切换效果进行了验证。     

飞行品质仿真计算与试飞数据对比分析

随着飞行控制系统越来越复杂,试飞过程逐渐向数字化过渡。在开展飞行试验前,通过数值模拟对飞机的主要飞行品质参数进行仿真计算,可以为试飞过程提供参考,提高飞行试验的效率。根据某型飞机的风洞试验数据,建立该型飞机的气动力数学模型,基于Flightgear飞行模拟软件搭建功能完备的实时飞行模拟平台,完成飞行品质的数字化试飞。选取典型试飞数据对所建立的气动力模型与数值仿真结果进行验证,结果表明:数值仿真结果与试飞结果具有较好的一致性。     

风洞虚拟飞行试验中的飞行控制系统快速原型设计与部署技术

利用风洞虚拟飞行技术可在风洞中开展飞行器的飞行控制验证与评估研究。飞行控制子系统是虚拟飞行试验技术的核心,采用控制系统快速原型技术,可实现嵌入式实时飞行控制代码自动生成和快速部署,从而大幅降低飞行控制系统集成难度,有效提高风洞虚拟飞行试验效率。本文概述了Φ3.2m风洞虚拟飞行试验系统组成和现状,详细介绍了基于该系统的飞行控制系统快速原型开发平台和部署方法,通过某飞机缩比模型全数字仿真、半实物仿真和风洞虚拟飞行试验,验证了该技术具有良好的通用性和开放性等特点,可以满足不同型号飞行器风洞虚拟飞行试验飞行控制系统集成需求。