姿态遥控模式下的无人机短周期特性辨识仿真研究

为了探索姿态遥控模式下的无人机纵向短周期模态计算方法,本文以某型机为例建立了姿态遥控模式下的无人机动力学模型,并采用纵向倍脉冲信号对无人机进行了激励。根据响应结果,基于低阶等效拟配法,采用遗传算法对无人机的阻尼、频率特性进行了辨识,对比分析了时域以及频域辨识方法的结果,最后将所得方法应用于某型无人机纵向短周期模态特性辨识。结合飞行员评价表明,频域辨识拟配得出的频域特性比时域特性好,拟配精度更高;所采用的低阶等效拟配方法适用于姿态遥控模式下的无人机纵向短周期特性评价。     

图—144LL超音速运输机低阶等效系统识别

介绍了依据超音速运输机图－144LL的飞行试验数据进行的低阶等效系统模型识别。飞行试验包括在超音速巡航状态下，纵向和横／航向的机动。采用飞行员扫频和多步机动获取闭环低阶等效系统建模的数据。使用灵活的高精度傅氏变换和频域范围内的方程误差／输出误差（EE／OE）公式估算了模型参数，将结果与参数估算值做比较。其估计方法是采用频谱估算和在伯德图上对频响数据做连续最小二乘拟配，两种方法所取得的结果对于扫频和多步连续机动来说都十分吻合，对多步机动来说，EE／OE方法给出了一个可改进预估能力的较好的模型拟合，给出了图－144LL闭环低阶等效系统识别结果的计算值及列表，包括估算参数。标准差，飞行品质等级的预测值。     

频域参数辨识节点选择优化方法

针对某型机频域参数辨识过程使用传统的方法选择拟配节点出现的拟配不精确的问题,提出了自动选择拟配节点范围和随失配包线与功率谱密度综合选择拟配节点的方法。飞行试验数据处理结果表明,使用本文改进的辨识方法可提高等效系统辨识精度,同时提高试飞数据处理效率。     

一种小型无人直升机动力学模型参数辨识方法

针对具有复杂动力学特性的小型无人直升机系统,提出了一种系统动力学建模方法。该方法通过机理建模确定小型无人直升机角动态模型结构,采用线性调频Z变换加窗函数的方法对频谱分析频带进行细化和幅值谱修正,设计了一种基于不同宽度窗函数的组合窗算法,减小了飞行试验数据频谱分析时随机误差对频谱估计的影响,最终利用偏相干分析的频域辨识方法得到待辨识的动力学模型参数。将所建立的动力学模型与飞行试验数据进行时域交叉验证,验证结果表明,所建模型很好地反映了小型无人直升机的动态特性,具有较高的准确度和适应性。     

数字化试飞平台下基于PSO的某型初级教练机飞行品质参数辨识试飞工程方法研究

飞机飞行品质系统辨识是根据飞机系统的输入和输出响应时间历程求取该系统的数学模型及模型中的各参数的过程.本文给出一种在飞行试验中辨识飞机飞行品质短周期模态特性参数辨识试飞工程方法,首先应用连续域等效低阶系统传递函数来描述飞行品质模态特性系统,然后采用基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的离散递推最小二乘算法,建立待估参数准则函数,通过极小化待估参数准则函数,求得参数的估计值,最后对辨识的模型进行验证.仿真算例表明该方法具有良好的收敛性和跟随性.     

基于时频域滤波及频域广义整体最小二乘辨识的飞机颤振模态参数辨识

提出一套适用于噪声环境的飞机颤振模态参数辨识方法.为减小噪声对辨识结果的影响,首先设计了一种针对扫频激励的时频滤波器,利用扫频信号及其响应在时频域分布较为集中的特点,有效去除噪声,提高了试验数据的信噪比.为进一步提高辨识精度,提出了一种基于随机模型的频域广义最小二乘辨识算法.将噪声条件下的系统辨识问题转化为广义整体最小二乘问题,并采用线性的广义奇异值分解求解模型系数,避免了非线性优化的复杂计算.通过优化加权项,获得了接近极大似然估计的辨识效果.最后,通过试飞试验数据验证了方法的有效性.     

基于物理解算的民用飞机气动参数辨识方法研究

传统的风洞试验与理论计算无法满足建立高精确飞机飞行动力学模型的需求,有必要通过试飞后的气动参数辨识来修正其飞行动力学模型。以极大似然法为代表的传统动态激励气动参数辨识法极大地依赖于激励信号设计、辨识算法等,存在较大的不确定性。本文提出了一种基于物理解算的方法,利用飞机不同飞行条件下的配平数据,从物理机理出发,针对气动静导数条理进行一一解算,并形成了物理解算法的辨识流程和方案。这一方法可为后续动导数的动态激励辨识减少大量未知参数,从而提高了整个气动模型的修正精度和效率。研究结果表明这一方法具有较高的可靠性和准确性。     

基于FFT含有饱和环节的非线性等效系统的方法研究

基于快速傅里叶变换(FFT)方法,对系统的输入和输出信号进行快速傅里叶变换,对含有高次谐波的输出信号进行滤波,得到期望主频率的傅里叶频谱,然后进行傅里叶反变换,求得在各主频率下的幅值和相位.利用MATLAB中的非线性最小二乘拟配方法得到含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的频域等效线性模型.这种方法也为含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的飞行品质评估提供了一种可行的方法.     

模式搜索法在飞行品质评价中的应用研究

飞机的飞行品质对飞行安全十分重要。本文针对飞行品质评价中的低阶等效系统拟配问题,利用模式搜索法对飞机的横航向运动低阶模型的未知参数进行辨识。结果表明,使用模式搜索法的拟配效果良好,且不受初值的影响,通过算法优化,使运算效率大大提高。     

一种无人机荷兰滚模态辨识方法研究

针对某无人机无法测量侧滑角的问题,提出一种基于偏航角速率的荷兰滚模态低阶等效拟配方法。采用倍冲信号对荷兰滚模态进行激励,基于推导所得等效模型,采用最小二乘法进行频域优化,得到了某无人机在姿态遥控模式下的荷兰滚模态特性。结合飞行操作员评价表明:所采用的辨识方法适用于没有侧滑角传感器,且处于姿态遥控模式下的无人机荷兰滚模态特性辨识。     

Identification method for helicopter flight dynamics modeling with rotor degrees of freedom

A comprehensive method based on system identification theory for helicopter flight dynamics modeling with rotor degrees of freedom is developed. A fully parameterized rotor flapping equation for identification purpose is derived without using any theoretical model, so the confidence of the identified model is increased, and then the 6 degrees of freedom rigid body model is extended to 9 degrees of freedom high-order model. Bode sensitivity function is derived to increase the accuracy of frequency spectra calculation which influences the accuracy of model parameter identification. Then a frequency domain identification algorithm is established. Acceleration technique is developed furthermore to increase calculation efficiency, and the total identification time is reduced by more than 50% using this technique. A comprehensive two-step method is established for helicopter high-order flight dynamics model identification which increases the numerical stability of model identification compared with single step algorithm. Application of the developed method to identify the flight dynamics model of BO 105 helicopter based on flight test data is implemented. A comparative study between the high-order model and rigid body model is performed at last. The results show that the developed method can be used for helicopter high-order flight dynamics model identification with high accuracy as well as efficiency, and the advantage of identified high-order model is very obvious compared with low-order model.     

非线性分离算法及其在飞行试验中的应用

 本文根据最小方差估计和分离算法原理,提出一种新的非线性状态估计和偏差辨识的分离算法。并用此算法确定飞行状态和测试仪器的误差,同时U-D分解保证计算效率和数值稳定性。为了得到数据相容性检验的准确结果,本文采用直接离散化的飞机运动模型,以减小模型误差。通过仿真并在我国两种歼击机上实际应用,结果表明本文所给的算法对不同的初值和噪声统计特性都能得到飞行数据相容性检验的一致结果,并能用于低采样率下的数据相容性检验。     

一种基于功率谱估计的图像相位匹配方法

相位相关法作为常用的相位匹配技术在使用中会遇到相位卷绕问题,一般频域求解方法需要进行相位解绕和最小二乘或RANSAC拟合,但相位解绕过程繁琐,且最小二乘拟合法易受噪声干扰,RANSAC拟合方法时间开销大.为此,提出了一种基于平均周期图法功率谱估计的相位匹配方法,将空间域问题转化到频域内求解,并成功规避了相位解绕步骤,相位匹配精度达到了亚像素量级.与经典频域分析方法对比,方法可在规避相位解绕的同时获得精度相当的有效结果.最后对方法的分辨精度进行了仿真分析,实验结果证明能够达到亚像素级的视差分辨率,为相位匹配在频域中的研究提供了新的思路.     

基于模糊自适应卡尔曼滤波的大气数据辅助姿态算法

 针对中低精度航姿参考系统(AHRS)在机体机动时不能利用加速度计修正水平姿态,以及噪声统计特性随实际工作情况变化的问题,提出了一种基于模糊自适应卡尔曼滤波的大气数据辅助姿态解算的方法。首先,考虑大气数据系统和航姿参考系统的优势,利用真空速、攻角和侧滑角等大气数据信息对非重力加速度进行补偿,以辅助水平姿态解算;其次,基于模糊自适应卡尔曼滤波原理,对观测模型的参数进行估计和修正,以实现水平姿态的最优估计;最后,选取某型飞机的试飞数据进行仿真验证。仿真结果表明,该方法可使飞机的水平姿态估计精度达到1.3°,且在偏差较大时有明显的纠偏作用。因此,相对于无机动加速度补偿和常规卡尔曼滤波来说,该方法能够更好地进行姿态估计,具有一定的实用价值。     

飞机横航向等效拟配模型的对比研究

针对电传飞机的横航向低阶等效拟配问题，根据国外新近规范及相关资料对飞机横航向等效模型及其拟配方法的提法，选用了五种适用于不同情况的等效系统数学模型，比较和研究了它们各自的特点；并通过对具体算例的计算，验证了各等效模型的适用范围及拟配方法的实用性；同时，对频率范围的确定，初值的选取等拟配计算中遇到的问题进行了探讨，提出了一些参考性建议。     

军用飞机状态估计与参数辨识软件包研制

在对最优输入设计、数据协调和数据分析分别进行研究的基础上,应用软件工程化方法研制出相应的软件,再通过管理软件进行统~管理,集成了~个完整的军用飞机状态估计与参数辨识软件包MASEPI。最后,通过仿真测试和实测数据处理,该软件包的有效性和实用性得到了验证和确认。现已应用于实际工程试验与试飞数据处理。     

先进战斗机全动V尾抖振动强度设计与验证

大迎角（AoA）机动飞行能力是先进战斗机的标志性指标之一,中国先进战斗机采用V型垂尾布局的气动设计方案,可充分实现其良好的大迎角机动可控飞行。飞机在大迎角机动飞行时,前机身分离流所产生的高强度脱体涡破裂后产生的非定常扰流将不可避免地打在V型垂尾翼面上,导致V尾结构发生严重的抖振,这不仅会影响飞机的飞行品质等性能,还会导致V尾结构的疲劳损伤,大幅增加飞机的使用维护成本。本文详细阐述了其研发设计过程中攻克的以下关键技术：全动V尾抖振风洞试验"刚/弹"组合模型的设计技术与风洞试验方法,抖振风洞试验的动态测试结果向飞机尺度进行相似转换的原理;基于RANS/LES混合算法进行V尾结构抖振响应的CFD/CSD耦合计算方法;基于正加速度反馈（PAF）的V尾抖振响应压电控制技术;V尾抖振动态疲劳载荷谱的编谱方法与试验实施方案。本文为解决中国先进战斗机、无人机V尾结构抗抖振动强度设计与验证建立了一套较完备理论分析技术、设计准则和试验方法。     

基于Matlab的时域低阶等效系统的实现方法

基于Matlab软件实现了一套完整的时域低阶等效系统拟配方法。该方法以离散飞行试验数据作为数据源,包含数据预处理、等效系统拟配和纵向飞行品质分析三大模块。等效系统拟配分别应用了遗传算法加最小二乘法的混合寻优算法和多次循环的最小二乘算法。算例验证结果表明,以上两种方法均取得了良好的拟配效果。通过对实际飞行数据进行处理分析,表明所建立的时域低阶等效系统方法使用方便,计算高效,同时具有较高的可靠性。     

Design and Experiments of Model-free Compound Controller of Flight Simulator

A model-free compound controller design method is proposed to achieve the wide frequency bandwidth requirement of flight simulators. The method based on quantitative feedback theory, acquires system uncertainty under different working conditions through closed-loop identification with power spectrum estimation. Then in controller designing, it makes a tradeoff between the strict requirements for magnitude-frequency characteristics and those for phase-frequency characteristics of flight simulators, by converting the indices of magnitude-frequency characteristics of flight simulators into quantitative feedback theory-based tracking specification bounds and using feedforward controller to attain the required phase-frequency characteristics. Simulation and experimental results indicate that, when used to design inner frame controller of flight simulator, the proposed method can fulfill the requirements for wide frequency bandwidth indices. Compared with other controller design methods, it has the property of model-free and transparency.     

非线性滤波方法及其在飞行状态及参数估计中的应用

基于非线性系统高阶近似的思想,提出一种比推广卡尔曼滤波（ＥＫＦ）更接近非线性系统本质的近似滤波方法,并应用于飞行状态的参数估计（或称为飞行轨迹重构）问题。仿真和实际飞行数据计算结果表明：提出的非线性近似滤波方法比ＥＫＦ有更高的估计精度和更好的鲁棒性,对飞机机动形状、数据长度要求不高,滤波收敛速度快。利用飞行状态估计数学模型的具体特点,使计算量和存储量大幅度减少。该方法应用于非线性较强的飞行状态及参数估计问题。可得到比ＥＫＦ更好的结果。