飞行控制系统大闭环半物理仿真研究

设计了实时飞行控制大闭环半物理系统,全系统由飞行控制、导航、动力学仿真、视景仿真和其他硬件子系统组成,通过反射内存实时网络相连,实现真正意义上的大闭环半物理仿真,具有较好的实时性、可靠性、通用性。通过大闭环半物理仿真系统的仿真测试,验证了飞控计算机、四轴惯性组件、导航计算机、电动作动器和负载模拟器等系统的有效性和可行性。最后,总结优点并提出该系统的改进方向。     

通用飞行动力学模型库的开发及应用

飞行动力学模型是飞行仿真技术的基础,以往动力学模型的研究集中在数值解算方法上,忽略了模型本身的重用性、互操作性问题。采用面向对象方法构建飞行动力学模型框架,使用XML语言将飞行器各种特性数据组织起来,开发了一个通用的飞行动力学模型库,并实现了与飞控系统模型的一体化设计与开发。     

基于Backstepping方法的非线性控制技术及其应用

基于Backstepping方法的设计思想,讨论了一类级联仿射非线性系统的控制问题,即先通过顺序递推的方式构造出非线性系统的李雅普诺夫函数,然后采用反向回溯求解的方式最终得出相应的非线性控制律,得出了一个一般性的设计结果,并且还进一步分析了李雅普诺夫函数中相关参数的选取方法,把它应用到空空导弹的纵向通道自动驾驶仪的设计中,仿真结果表明,通过选择合适的参数,该控制律能够很好地跟踪阶跃指令。     

舵机特征模型及其故障检测方法

舵机故障诊断对于提高飞行安全十分重要,传统方法面临着载荷时变不确定及自身存在速率饱和非线性等难题,往往会给诊断结果带来影响,导致虚警。为解决该问题,提出了一种舵机特征模型及其故障检测方法。首先根据舵机通频带和饱和速率2个外特性建立诊断用特征模型,然后采用状态观测器计算舵机转速和位置的响应参考值,最后根据转速和位置实际值与参考值的残差是否超过预设阈值来判断舵机的电机和驱动器是否发生故障。该方法可以有效避免因舵机载荷不确定及自身速率饱和所引起的虚警,同时,由于特征模型仅与通频带及饱和速率有关,故该方法具有简单、实用性强等显著优点。     

基于DSP的总线式飞控系统

针对小型无人机控制系统对功耗、成本、可集成性等的较高要求,设计了一种基于DSP芯片TMS320F2812的总线式飞行控制系统。详细阐述了系统的设计思想及其基本硬件构成,包括采用DSP为处理单元的飞控计算机、采用低成本MEMS惯性器件的捷联式姿态航向基准系统(航姿仪)和提高通讯可靠性的双余度总线。飞行试验表明该系统满足小型无人机自主控制任务对于可靠性和精度的要求,同时也是一种轻型、低成本、高集成度的方案。     

倾转旋翼飞机建模与仿真

倾转旋翼飞机的旋翼既要充当直升机飞行模态的旋翼,又要充当固定翼飞行模态的螺旋桨。为了研究倾转旋翼飞机的控制问题,建立了倾转旋翼飞机的数学模型。其中旋翼模型采用改进了的叶元法,旋翼诱导速度计算采用改进了的动量法。在MATLAB/SIMULINK环境下进行了仿真,并给出了仿真结果。仿真结果表明模型可反映倾转旋翼飞机的基本特性,可对飞行控制系统设计提供帮助。     

航天器永磁同步电机容错式直接转矩控制

电机被广泛应用到航天器的各种关键机构，要求在故障发生时具有带故障运行能力.永磁电机相比于感应电机、磁阻电机具有高功率密度、高可靠性、高效率、低转矩脉动等优点，五相永磁电机相对于传统三相电机，由于相数的增加，电机具有更高的自由度，提升了电机的容错运行性能，具有更高的可靠性，适用于航天器等场合，但存在着绕组开路故障时转矩脉动大和谐波电流含量大的问题.针对此问题本文选用功率密度高且具有更好容错性能的五相永磁同步电机(PMSM)，提出一种改进的容错式直接转矩控制算法，通过对零序电流的抑制来减小开路故障时的转矩脉动和谐波电流.通过MATLAB/Simulink搭建了电机控制系统的仿真模型，验证了所提控制策略的正确性.     

一种共轴式直升机操纵机构的运动学建模与分析

 共轴式直升机操纵机构的输入/输出运动学关系复杂、非线性严重,不同通道间控制耦合大,其中航向采用全差动的操纵机构最为复杂。为了分析用比例关系简化建模所引起的误差及利用逆运动学进行操纵系统线性化,必须对操纵机构运动学进行精确建模。针对一种航向全差动操纵机构,首先,运用机构学原理,通过去除过约束、局部自由度对机构进行简化,计算得到操纵机构自由度;然后,将操纵机构分为3个子模块,通过对每个模块应用空间机构位置分析方法进行正向、逆向运动学推导,建立系统完整的运动学模型;利用光学测量原理设计了测试系统,并通过实验验证了所建模型的正确性;最后给出了所建模型在共轴式直升机建模、操纵解耦及线性化方面的应用方法。     

横列式直升机纵向鲁棒控制系统设计及半实物仿真

在考虑起落架收放、燃油消耗等大重心变化影响以外,针对燃油油面变化等因素产生的小幅度、高频次重心变化对横列式直升机重心的影响,建立了横列式直升机的纵向动力学模型,通过基于同伦连续原理修改的Nelder-Mead Simplex优化算法得到了横列式直升机的配平条件,并以此为基础提出了一种基于角加速度估计补偿的强鲁棒控制方法,根据半实物仿真实验结果,表明了提出的控制设计方法的有效性。     

考虑功率约束的控制分配方法

根据飞机作动系统的工作原理,针对液压源能量有限的现状,提出作动系统的功率约束条件。同时考虑操纵面的物理约束,提出了功率受限的操纵面控制分配问题,并给出相应的解决方案。功率受限的操纵面控制分配方法将控制律设计与操纵面任务分配分割为两个模块独立运行,以动态逆控制律为基础,建立控制指令和操纵面间的动态映射关系,考虑操纵面的物理约束并以功率最小作为优化指标,将控制分配问题转化为一个二次规划问题,通过数值求解实现控制系统功率受限下的控制分配。仿真结果表明,考虑功率约束的控制分配方法,可以在系统满足一定稳定性及飞行品质要求的前提下,分配和管理多个冗余操纵面达到指令要求,同时实现系统消耗总功率最小,保证了作动系统的稳定性与安全性。