多操纵面飞机交叉耦合控制分配方法

针对操纵面交叉耦合效应下指令分配不精准的问题,基于序列二次规划提出了一种多操纵面非线性控制分配方法.在舵效线性条件下,引入虚拟控制指令建立了线性控制分配模型;考虑操纵面舵效交叉耦合非线性特征,以最小操纵面偏量为优化目标设计了交叉耦合控制分配器;采用修正BFGS算法改进序列二次规划,有效地求解了交叉耦合控制分配指令.仿真结果表明,所提出的方法能够合理利用所有操纵面并实现精确分配.     

复合式旋翼飞行器多目标控制分配策略

针对复合式旋翼飞行器操纵冗余多模式切换控制问题，提出一种基于赋权多目标混合优化的控制分配策略。该策略根据复合式旋翼飞行器过渡模式舵面操纵特性，建立飞行器带约束过渡过程控制分配模型；设计混合多目标优化性能指标评价函数，有效处理操纵量控制受限、交叉强耦合及非线性特性，并减少舵面耗能；采用改进的粒子群优化算法动态更新操纵量及控制通道的权系数矩阵，提高控制面操纵效率，加快优化搜索速度，快速求解过渡过程多目标控制分配变量。该策略实现复合式旋翼飞行器模式切换过渡过程实时有效地操纵量控制分配，保证飞行器快速准确跟踪控制指令的能力。同时，通过多目标控制分配策略，飞行控制系统不需要增加额外的模式切换控制器，降低系统设计难度，提高安全性。     

飞翼布局组合舵面航向控制特性综合研究

寻求高效实用的航向控制措施一直是飞翼布局飞行器设计的难点。提出了一种由外翼上翼面嵌入式阻力舵和其相对应的后缘副翼组成的组合舵航向控制措施,通过CFD方法、风洞试验和模型飞行试验3种研究手段,综合研究了单独部件和组合舵在低速、亚声速时的航向控制特性。结果表明：单独阻力舵的航向控制能力比较强,但与纵横向力矩耦合严重,需与其他舵组合使用;单独副翼的航向控制能力很弱,且与纵横向力矩耦合非常严重,建议不单独作为航向控制措施使用;组合舵的航向控制能力强,选取阻力舵与副翼的舵偏角角度差在0°~5°范围的组合舵方案,可以大幅度削弱与纵横向的力矩耦合程度,实现操纵舵面解耦设计;无论单独部件,还是组合舵,舵偏角为0°~6°范围的力矩变化规律较差,建议通过预置舵偏角等方式避开此角度区域。     

带控制舵钝双锥削面体的气动特性研究

提出了带控制舵的钝双锥削面体飞行器气动布局概念,计算分析了其压心特性、升阻比特性、配平特性及操纵效率问题,同时还研究了纵向稳定配平条件下的航向安定性问题及动稳定性问题,并与带配平翼的钝双锥削面体外形进行了比较.两类外形的典型空间机动动作不同,操纵方式也各不相同:控制舵削面体具有更大的配平攻角变化范围和操纵效率,较小的舵面等效攻角有利于舵面防热及结构设计,而且俯仰配平时的航向安定性及动稳定性较好;而配平翼钝双锥削面体可采用迎风及背风进行俯仰控制,结合侧翼的扩张及迎风翼的差动实现空间"Z"形机动.     

菱形翼布局无人机多舵面控制特性研究

采用控制分配技术对菱形翼布局无人机进行控制律设计,可以充分发挥其多舵面的优势,且在故障情况下进行控制重构而不改变飞行控制律.采用PID方法设计以虚拟舵面为输入的基本控制律,然后分别采用不动点迭代法、序列二次规划法(SQP)设计线性、非线性控制分配律,对比两种控制分配方法对控制系统的影响.经过仿真验证表明,由于阻力舵非线性舵效的影响,线性分配方法对指令的跟踪存在一定的误差,但是通过调整航向增稳系统的控制增益可以使控制系统具备足够的鲁棒性以克服跟踪误差的影响;非线性控制方法可以准确跟踪控制指令,但是其比线性分配方法计算耗时长.     

基于主动流动控制技术的无舵面飞翼布局飞行器姿态控制

飞翼布局飞行器因其升阻比高、隐身性能好等诸多优势得到越来越广泛的应用，但是操纵舵面偏转会增加飞行器的雷达散射截面积。提出了采用射流环量控制和反向射流两种主动流动控制技术实现飞行器的无舵面飞行姿态控制。利用风洞测力试验对射流环量控制和反向射流的"舵效"进行了分析，结果表明环量控制技术能产生规律变化且可控的滚转和俯仰力矩、反向射流产生的偏航力矩随控制信号规律变化。飞行试验记录了飞行器姿态随射流激励器控制信号的变化规律，飞行数据表明俯仰环量控制激励器能有效地控制无人机的俯仰运动；无人机的横航向操纵存在耦合，但滚转环量控制激励器和反向射流能控制无人机的滚转和偏航运动。     

基于射流飞控技术的无操纵面飞行器研究进展

无操纵面飞行器又称无副翼、无襟翼或是全无舵飞行器,其原理是采用流动控制技术产生"虚拟舵面"效应,取代副翼、方向舵及升降舵等操纵面。采用射流飞行控制技术可以减轻飞行器的自身重量,使飞行器升阻比更高,气动性能、隐身性更好。本文综述了无操纵面飞行器的国内外发展现状,概述了通过环量控制实现流体飞控的方法,详述了采用后缘吹气和实现无操纵面飞行的实施原理,介绍了最新进展,最后总结了无操纵面飞行器存在的问题和未来发展。     

基于直接反馈线性化的飞行器着陆控制设计

建立了飞行器六自由度非线性模型,采用直接反馈线性化方法和经典PID控制律设计方法对飞行器自动着陆下滑段进行控制器设计,将飞行器的任务转化为对飞行器舵面和油门的控制,并对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞行器着陆下滑段的控制要求。     

飞翼布局飞行器航向射流控制方案优化

由于飞翼布局飞行器取消了垂尾,其航向控制困难。为辅助和优化航向控制,基于射流控制技术设计了多种激励方案。设计并制作了航向射流控制激励器,通过风洞测力实验和二维数值模拟,对各方案的控制效果和作用机理进行分析,并选取出最优控制方案。研究结果表明:相同射流动量系数下,产生阻力比施加推力更容易获得偏航力矩。当激励开启后,射流包含与来流相逆的分量越多,与来流作用越明显,形成的分离区越大,控制效果越好。其中前对称吹气为最优控制方案,可以产生约70°阻力舵偏转效果,且力矩耦合程度较小。      

基于非线性动态逆的舰载机直接升力航迹控制

针对舰载机人工进场着舰精确轨迹控制中飞行员操纵负担重、着舰环境复杂的问题,提出采用非线性动态逆(NDI)先进控制方法设计基于直接升力的舰载机精确着舰轨迹控制律。首先,综合分析了"魔毯"技术的控制策略,从航迹调整和姿态保持的直接升力解耦控制角度出发,设计了两层NDI回路;然后,采用合理的控制分配方法实现直接升力的舵面分配。仿真结果表明,所提出的精确着舰控制方法能够有效实现"魔毯"式航迹操纵。     

一种针对结构损伤的非线性容错飞行控制方法

飞机结构损伤会引起气动参数变化,进而影响系统的静稳定性和控制精度。针对具有多输入的非线性飞机模型,利用带有二阶命令滤波器的自适应反步控制方法在线估计飞机气动参数,补偿结构损伤导致的气动参数变化对控制系统的影响,以实现容错飞行控制功能;引入的命令滤波器可以避免反步控制中复杂的求导运算。从理论上分析证明了带有二阶命令滤波器的自适应反步控制的闭环系统稳定性,并给出了控制跟踪误差的理论上界和二阶命令滤波器频率参数选取的下界。通过一个大型客机垂直尾翼脱落场景的仿真实验,验证了所提容错控制方法的有效性。     

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。     

飞机操纵系统优化设计软件开发与运动仿真

飞机发动机操纵系统和舵面操纵系统通常采用连杆机构传递运动。本文介绍了飞机操纵系统的通用优化设计软件———ACSODS软件。本软件可根据传动系统的设计要求,对传动系统的各参数进行优化设计,同时生成系统运动的动态仿真图,因此,可以大大缩短传动系统的设计周期和设计费用。软件操作简便,界面友好,有较好的人机对话式的交互功能,并具有直观形象的设计特点,为设计者提供了一个高效、实用的设计平台。通过与实际系统的比较,设计结果完全能满足系统的要求。     

Digital Flight Control Research Using Microprocessor Technology

The Flight Research Laboratory at Princeton University is engaged in an experimental program to investigate a variety of approaches to digital control by actual flight test. Experimentation is being conducted with Princeton's 6-DOF variableresponse research aircraft (VRA), which is equipped for direct side-force control, direct-lift control, feedback of all motion variables, and multiple-pilot command modes. VRA avionics have been augmented by a microprocessor digital flight control system (Micro-DFCS), which uses off-the-shelf computer components capable of operating in parallel or in series with the existing variable-response system. The digital control laws operate in conjunction either with the "bare airframe" dynamics of the VRA or with the dynamics of a simulated aircraft, provided by the existing variable-response system. The initial flight control computer program CAS-1 provides three longitudinal control options: direct (unaugmented) command, pitch rate command, and normal acceleration command. The latter two options are "Type 0" systems designed by linear-quadratic control theory. Future Micro-DFCS software will provide a variety of increasingly complex control options, including "Type 1," logic, gain scheduling, coupled 3-axis control, and "CCV" command modes.     

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。     

STUDIES ON AIRCRAFT TOTAL ENERGY FLIGHT CONTROL SYSTEM：NONLINEAR SYSTEM INTEGRATION AND SIMULATION

ＳＴＵＤＩＥＳＯＮＡＩＲＣＲＡＦＴＴＯＴＡＬＥＮＥＲＧＹＦＬＩＧＨＴＣＯＮＴＲＯＬＳＹＳＴＥＭ：ＮＯＮＬＩＮＥＡＲＳＹＳＴＥＭＩＮＴＥＧＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＷｕＳｈｕｆａｎ；ＳｈｅｎＹｏｎｇｚｈａｎｇ；ＧｕｏＳｕｏｆｅｎｇ（Ｄｅｐｔ...     

考虑多边界状态约束的飞翼布局无人机姿态控制

以大展弦比飞翼布局无人机为研究对象,针对强扰动环境下多边界状态约束时的飞行姿态控制问题,提出一种指令-控制律联合限制的全状态约束控制方法。该控制方法分别独立设计了指令边界限制器、过渡指令产生器和指令跟踪控制器3个部分。首先,基于无人机动力学特性设计的指令边界限制器,利用无人机的各个状态边界来限制姿态控制器的指令,实现了将非受控状态的约束问题转化为受控状态的约束问题;其次,基于"安排过渡过程"的思想并考虑约束限制环节,设计了过渡指令产生器,为无人机在线生成从当前姿态到期望跟踪姿态的过渡指令;最后,基于障碍Lyapunov函数和扩张状态观测器,设计了指令跟踪控制器,使无人机能够克服干扰且快速稳定地跟踪过渡指令。通过采用Lyapunov稳定性理论分析,该控制方法能够保证姿态跟踪误差收敛有界,且始终处于给定区间内部。仿真结果表明,该控制方法能够保证无人机飞行状态在不超出约束边界的同时,实现对姿态指令的准确跟踪。     

一种基于飞机总能量控制飞行速度/航迹的解耦控制系统设计新方法

在分析总能量控制理论的基础上,提出一种简单实用的飞机飞行速度/航迹解耦控制器设计方法,它以飞机能量控制和能量分配为内核,通过选择合适的误差反馈,采用工程上常用的试凑法,即可获得理想的解耦控制效果。以某型飞机为对象,以飞行速度/高度的解耦控制为例,验证了该方法的有效性。     

一种飞机大仰角飞行的模糊控制方法

提出了一种飞机大仰角飞行的动态逆模糊集成控制方法。首先使用动态逆方法求得系统的逆，使系统反馈线性化，然后，用具有在线规则自调整的模糊控制方法来确保系统的最终特性。该方法应用在高性能收音机俯仰机动指令系统的设计中，仿真结果表明，所设计的控制器满足操纵品质的要求，并且，在大仰角飞行时具有较好的鲁棒性。     

J7L飞机纵向电传系统控制律设计研究

提出了采用现代最优控制理论与经典控制理论协调配合的方法，按ＭＵＬ－Ｆ－８７８５Ｃ品质规范要求，设计了Ｊ７Ｌ飞机纵向电传系统控制律。文中针对原型机某些缺陷采用陷模型跟踪最优二次型方法，设计ＦＢＷ纵向基本控制律，并用常规方法设计动态补偿器，指令通道等环节，从对该机主要飞行状态的评价来看，均达到了ＭＩＬ－Ｆ－８７８５Ｃ规范的一级飞行品质要求，由此可见，这种协调设计方法，对飞行控制系统的设计具有较大的潜力