非线性动态逆系统在飞行控制系统应用中的几个问题研究

对非线性动态逆方法在飞行控制系统应用中的理论问题进行了研究,采用Singh算法证明了当前两种主要设计算法的等价性;并用逆系统的方法重新给出了非线性动态逆的解耦结构,这种结构的优点有利于工程上的应用和理解;在Singh算法意义下,得到了飞行控制系统设计中常用的一阶形式逆系统的定义和有关性质。     

导弹运动方程的逆解析解

针对在采用反馈线性化理论设计导弹飞行控制系统时控制器算法对导弹逆模型的要求 ,推导了导弹运动方程的逆解析解 ,包括导弹质心运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解、姿态运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解 ,详细给出了逆模型的求解过程 ,为一类飞行控制系统运用全局线性化设计奠定了基础。最后 ,结合工程应用进行了仿真计算 ,仿真结果表明逆解析解的推导是正确的     

先进战斗机控制分配方法研究综述

综述了先进战斗机控制分配方法的研究和应用状况。文中首先介绍了4种主要的控制分配方法———广义逆法、串接链法、直接分配法和数学规划法,给出各种方法在飞行控制系统分配应用中的限制,然后简单介绍控制分配方法在现实飞行控制系统中的应用情况,最后对控制分配中的几个关键问题进行了分析总结。     

涵道风扇式无人机的优先级控制分配

涵道风扇式无人机是一种冗余配置操纵面的飞行器，其控制分配问题通常使用伪逆法求解，然而伪逆法不能对任意可达的期望力矩都返回容许控制，使冗余的操纵面牺牲了部分控制能力。提出一种优先级控制分配方法，该方法先对期望力矩进行矢量分解并划分优先级，再求解约束最优化问题得到容许控制。相比于伪逆法，所提出的方法可对更大范围的期望力矩返回容许控制，而且当期望力矩不可达时，可以防止系统因执行器饱和而产生输出耦合。将所提出的方法应用到涵道风扇式无人机的控制分配中，仿真及飞行试验验证了该方法的有效性。     

直升机多模态飞行控制系统

直升机具有较强的耦合性、不稳定性，给飞行控制系统的设计带来了很大的困难。动态逆技术通过成功的飞行测试而获得广泛的认同。本文将直升机划分为内外两个回路，内回路采用动态逆的方法，得到了较好的解耦效果。外回路用线性二次型状态调节器设计法设计速度保持回路，仿真结果表明具有良好的指令保持能力，     

神经网络动态逆方法在飞控系统设计中的应用

探讨了神经网络与非线性动态逆方法相结合的神经网络动态逆方法，研究了神经网络动态的网络结构。为进一步改善直接动态逆控制器的性能，对由动态逆和原系统构成的伪线性系统，给出了两种综合方案，并将这种方法用于飞机指令增稳系统的设计。通过一种方案的仿真研究表明，综合控制策略不仅能够改善系统的动态性能，而且具有良好的鲁棒性。研究成果显示了神经网络动态逆方法的有效性和可行性及其在飞控系统设计中所具有的潜在能力。     

非线性飞行控制方法研究概述

原理性地给出目前常用的几种非线性飞行控制方法，即：数值优化法，动态逆设计方法，微分几何法和滑态变结构设计方法，指出了非线性飞行控制提高战斗机机支动性和敏捷性有重要作用，同时也介绍了这几种方法在非线性飞行控制中应用情况。     

非线性动态逆神经元解耦飞行控制方法

 提出一种非线性动态逆神经元控制系统设计方法，并成功的将其应用于某战斗机非线性解耦控制问题。该方法的基本思想是采用神经元网络建立非线性被控对象的动态逆模型，将被控对象转化为伪线性系统，并用现代控制系统综合设计方法对神经元伪线性系统进行闭环优化设计。给出的战斗机非线性动态逆神经元解耦飞行控制系统的仿真结果显示出人工神经元网络作为非线性动态逆控制单元所具有的潜在能力。     

基于逆模拟分析的民用飞机操纵状态再现研究

民航飞行事故原因调查分析时，常常要对飞机的操纵状态进行再现分析。但由于FDR数据缺失、设备损坏等各类原因，对飞行员的操纵情况并不能准确有效地还原。采用逆模拟技术是解决飞行操纵状态再现分析的有效途径。逆模拟技术是通过已知的系统输出确定动态系统控制输入的计算方法。在众多逆模拟算法中，积分逆模拟算法由于具有模型独立、实现简单而得到广泛应用。对某中型民用运输机采用积分逆模拟方法，对一个简单的飞机操纵进行了再现分析。分析了积分逆模过程中的收敛区间和稳定性，并总结了使用积分逆模拟算法的注意要点。     

直升机多模态飞行控制系统

直升机具有较强的耦合性、不稳定性,给飞行控制系统的设计带来了很大的困难.动态逆技术通过成功的飞行测试而获得广泛的认同.本文将直升机划分为内外两个回路,内回路采用动态逆的方法,得到了较好的解耦效果.外回回用线性二次型状态调节器设计法设计速度保持回路,仿真结果表明具有良好的指令保持能力.     

推力矢量控制与飞机过失速动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段，针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性为为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态为量控制律的设计是利用状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的以限分配进行了搪塞。“Ｃｏｂｒａ”和“Ｈｅｒｂａｔ”两     

综合容错飞行控制系统的设计与仿真

将主动容错控制与被动容错控制相结合,提出了一种综合容错飞行控制系统的设计方法。首先利用基于凸优化的线性二次型控制器构造可靠控制系统,然后通过故障检测滤波器对执行机构进行故障检测分离,并使用伪逆法重构控制律。仿真结果表明,该方法提高了飞行控制系统的可靠性。     

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。     

过失速机动飞机的鲁棒非线性控制律设计

 采用非线性动态逆和结构奇异值综合方法设计了过失速飞行条件下飞控系统控制律,解决了飞控设计中面临的非线性和鲁棒性问题。应用非线性动态逆的目的就是对过失速机动飞行条件下高度非线性的飞机动力学进行线化;从而围绕线性的快逆回路应用结构奇异值综合方法设计相应的鲁棒控制器,以提供对驾驶员指令的鲁棒跟踪。所设计的飞控系统将达到期望的飞行品质,确保系统对过失速机动飞行过程中因非定常气动力效应引起的系统参数摄动鲁棒性良好。高逼真度、非线性的仿真验证了这一点。     

基于H_∞回路成形的无人直升机动态逆控制研究

针对微小型无人直升机动力学模型的控制需求,结合H_∞回路成形控制和动态逆控制的特点,分别将动态逆算法应用到角速率控制回路和姿态角控制回路,同时应用H_∞回路成形控制方法对姿控模型进行成形,建立3通道控制器,并与经典PID控制效果进行了仿真对比。仿真结果表明,基于H_∞回路成形的动态逆控制在控制效果及抗扰能力上优于经典PID控制律。在此基础上,采用AF25B微小型无人直升机飞行验证平台对算法进行了初步飞行验证。     

推力矢量控制与飞机过失速机动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段。针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法在飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性分为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态变量控制律的设计是利用快状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的操纵权限分配进行了探讨。“Cobra”和“Herbst”两个过失速机动的实现证明该设计方法和仿真方法是成功的。     

飞行控制系统CRAFT设计方法研究

给出了对操纵效能、鲁棒性、敏捷性及飞行品质诸指标进行折衷综合的飞行控制系统设计方法的基本思想。以输出反馈特性结构配置的理论为控制系统设计的基础，取逆回差矩阵的最小奇异值、增益矩阵的范数及俯仰角加速度分别为鲁棒性、操纵效能及敏捷性指标，结合飞行品质规范的要求，借助先进的三维图像软件Ｓｕｒｆｅｒ，进行了ＣＲＡＦＴ设计方法研究。结果表明：ＣＲＡＦＴ设计方法为设计者形象地展示了飞行控制系统的几个指标之间的     

基于最优分配的复合式高速无人直升机纵向控制设计与验证

高速直升机因其独特构型造成过渡段操纵复杂，控制系统设计难度大。本文针对复合式共轴双旋翼高速无人直升机，设计了全飞行模式控制，为高速直升机的安全飞行提供理论基础。采取分块建模思路，搭建了无人直升机数学模型，设计了过渡模式的操纵策略。采用经典控制理论设计了低速模式和高速模式纵向飞行控制律，低速模式时,为提高位置响应的快速性，直接采用并行控制结构，将位置指令引入姿态通道；高速模式时，在俯仰通道引入航迹倾斜角补偿损失高度。针对过渡段的控制分配问题，分别考虑速度和操纵面反应速度快慢的影响，设计分配权值，采用加权伪逆法进行最优分配求解。仿真结果表明，所设计的纵向飞行控制律可以有效合理分配过渡段的不同操纵量，实现平滑过渡飞行。     

过驱动轮控卫星的动态控制分配方法

反作用飞轮在卫星姿态控制中具有重要作用,配置3个以上飞轮的卫星构成一类过驱动系统,能够提高姿态控制系统的可靠性.针对期望控制力矩到冗余飞轮的指令分配问题,提出了一种基于伪逆法的动态控制分配方法,并针对传统伪逆法难以考虑飞轮最大力矩等物理约束问题,采用零空间方法对传统伪逆法给出的分配结果进行了修正.基于稳定控制模式下姿态...     

变旋翼转速飞行控制对涡轴发动机输出响应的影响

为探明变旋翼转速条件下飞行控制对涡轴发动机输出响应的影响,在变旋翼转速直升机/传动机构/发动机综合仿真平台的基础上,考虑系统不确定因素的存在,提出并设计了增量式非线性动态逆飞行控制器,提高对系统的控制效果,控制器主要包括角速率控制器、姿态角控制器和航迹控制器;由于执行机构的物理限制,引入伪控制模块,以提高系统的稳定性。典型的飞行任务下的仿真结果表明：相对于增量式非线性动态逆飞行控制器而言,伪控制模块不仅可显著提升飞行控制效果,使爬升速度的超调量减小50%以上,还可有效减小动力涡轮转速的超调量9.0%左右,有助于增强发动机的动态控制品质。