先进重构飞行控制技术和方法研究

重构飞行控制技术本质上是一种容错飞行控制技术，它使飞控系统具有适应未知故障和损伤的能力，从而可以有效地提高安全性和任务效能。先进重构飞行控制技术在原有的基础上更加强调自适应的能力，而不再依赖故障诊断和隔离（FDI）系统，因而促进了鲁棒控制、智能控制和逢适应控制技术在该领域的交叉和融合。首先回顾了重构飞行控制技术的发展现状，然后给出了几种先进重构控制方法，并总结了先进重构飞行控制技术的主要技术优势，最后展望了它的发展趋势和应用前景。     

飞机滚转运动的控制余度与重构效能

论证了独立操纵的左右平尾使飞机滚动运动具有较大的控制余度,它增加了飞机正常飞行时的滚转力矩,在飞行中副翼出故障时可进行补偿重构,从而提高了滚动通道的余度等级和飞行的安全性,为减少滚转通道的余度配置提供了依据,通过针对操纵面失效和卡死两类故障的重构设计和仿真也证实了上述结论,同时,初步比较说明了自修复飞控系统在上述故障下的任务可靠性和基本可靠性均高于传统控制系统。     

农用植保无人直升机高精度高度控制技术研究

随着农用植保无人直升机这一新型农用机械的推广,对其飞行控制系统的稳定性、可靠性和安全性有了更高的要求.针对农用植保无人直升机基本作业于0.5～2 m的近地空中,考虑到高度对飞行安全和喷洒效果的影响,因此要求更高的控制精度和抗干扰能力.从反馈信号和控制方案两个角度展开对农用植保无人直升机高精度高度控制技术的研究,并通过仿真验证高度精确控制技术的可行性.     

基于模型拼接技术的四旋翼无人机全飞行包线建模

四旋翼无人机在军事和民用领域都有广泛的应用前景。然而，四旋翼无人机具有机载传感器准确性低与可靠性差、不同飞行条件下动力学模型差异大等特点。本文以四旋翼无人机为研究对象，系统地开展了飞行路径重构、频率域系统辨识、全飞行包线建模的相关研究工作。针对机载低成本传感器存在显著常值偏差与量测噪声统计学特性未知的缺点，采用基于EKF的飞行路径重构技术对在飞行试验中无人机的机体空速进行重构；针对不同飞行速度下四旋翼无人机动力学模型差异大的特点，采用频域法辨识得到不同飞行条件下的本体动力学模型；针对四旋翼无人机大跨域的高精度控制需求，利用模型拼接技术，系统性地提出了全飞行包线建模方案，经过验证，所提出模型拼接技术是准确可靠的。     

电传飞行控制系统的余度设计技术

余度设计是提高电传飞行控制系统安全性与任务可靠性的一种重要手段。对电传飞行控制系统中的余度设计内容进行了介绍,探讨了这一领域的一些重要问题。主要内容包括相似余度,非相似余度,解析余度,功能冗余设计技术。对其核心技术和研究难点进行了分析,为进一步研究打下了基础。     

先进民机飞控系统安全性设计考虑

飞行控制系统作为民机机载设备中的飞行关键和安全关键系统,其安全性设计对民机运营安全至关重要。基于适航安全性要求,梳理了民用飞机机载系统安全性的定性及定量需求,分析了民用飞机飞控系统适用的安全性设计依据和标准;对先进民机飞控系统安全性设计技术进行了研究,从飞行控制系统架构、控制律、复杂电子硬件、作动器和高安全等级软件设计5个方面提出了安全性设计技术的考虑。     

大型民机可重构飞行控制系统研究

先进重构飞行控制技术在原有基础上更强调自适应能力,不再依赖故障诊断和隔离(FDI)系统,因而促进了鲁棒控制、智能控制和自适应控制技术的交叉和融合。未来的重构控制技术将是在自适应概念下对现有技术的进一步综合和拓展,并必然朝着智能化的方向发展。     

关于航空发动机数字电子控制

为了给即将问世的吸气式发动机控制系统提供先进技术,我们以WP-13作为技术验证机建立了全权限数字电子控制系统研究计划.研究计划包括控制原理和方法,实时控制系统仿真,自动故障检测、定位和重构,机载的发动机数字电子控制器(具有解析和硬件余度),敏感和驱动系统及全控机械液压备份装置.本文概略地介绍这项计划,包括:研究的起因,一般的系统介绍,目标、技术需求及进展,展望.     

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。     

无人机通用型智能化飞行控制与管理系统

各式各样的无人机相继问世,在军用、民用和科研等领域发挥出越来越重要的作用.无人机飞行控制与管理系统是一种具有高性能的自主导航、自主飞行控制、任务管理的综合系统.无人机飞行控制与管理系统作为无人机的神经系统,对无人机的性能和安全性起着决定性的作用.对此类飞行控制系统的技术研究一直受到航空发达国家的高度重视.     

新型喷管电控系统可靠性设计

为提高新型喷管控制系统可靠性及故障安全性,对该系统的故障进行检测,并对故障采取相应的对策以保证系统在故障状态下能够安全工作。对该系统的可靠性设计技术进行了初步探讨,对其硬件及软件进行介绍,并对该系统可能发生的故障及其失效原因、拟采取的措施及对安全的影响进行了初步分析,对故障事件的发生概率、故障对飞行安全的严酷度等也进行了安全评估。分析结果表明:新型喷管控制系统可靠性满足要求。     

多型飞控系统模拟器的设计

针对多型飞控系统模拟器的硬件设计,对模拟座舱、计算机网络系统和控制显示部分进行了较详细的介绍,着重分析了该系统软件设计中的软件结构及任务计算机模块、仿真计算机模块、仪表计算机模块和视景计算机模块所完成的功能,并对所采用的关键技术进行了论述。经反复调试和实验,该系统性能稳定、工作可靠,可用于多种飞机飞行控制及飞行力学研究。     

Reliability and safety analysis of redundant vehicle management computer system

Redundant techniques are widely adopted in vehicle management computer （VMC） to ensure that VMC has high reliability and safety. At the same time, it makes VMC have special characteristics, e.g., failure correlation, event simultaneity, and failure self-recovery. Accordingly, the reliability and safety analysis to redundant VMC system （RVMCS） becomes more difficult. Aimed at the difficulties in RVMCS reliability modeling, this paper adopts generalized stochastic Petri nets to establish the reliability and safety models of RVMCS. Then this paper analyzes RVMCS oper- ating states and potential threats to flight control system. It is verified by simulation that the reli- ability of VMC is not the product of hardware reliability and software reliability, and the interactions between hardware and software faults can reduce the real reliability of VMC obviously. Furthermore, the failure undetected states and false alarming states inevitably exist in RVMCS due to the influences of limited fault monitoring coverage and false alarming probability of fault mon- itoring devices （FMD）. RVMCS operating in some failure undetected states will produce fatal threats to the safety of flight control system. RVMCS operating in some false alarming states will reduce utility of RVMCS obviously. The results abstracted in this paper can guide reliable VMC and efficient FMD designs. The methods adopted in this paper can also be used to analyze other intelligent systems＇ reliability.     

高性能飞机发展对控制理论的挑战

根据笔者30余年来飞行试验研究的实践,从实际飞行的角度简要综述了影响飞行安全的大迎角过失速机动、超低空重载空投、飞行器突发故障和无人机控制方法研究。描述了操纵稳定性飞行试验获取飞机模型的手段和通常飞行控制器设计对模型的近似,给出了8个飞行鲁棒控制的研究问题;对超低空重载空投控制方法进行了描述,并给出了飞行器出现故障时突变模型和容错控制方法;同时,描述了测量对飞行控制特别是对保障无人机飞行安全的重要性,指出了飞行控制方法研究存在的部分问题,并建议有关高校研究单位从稳定性很好的四旋翼转向固定翼或单旋翼战术无人机等高层次研究。     

飞行综合控制技术浅析

现代飞机要求实现的功能越来越多,系统变得复杂了,单一的飞行控制技术已经不能满足现代飞机的可靠性要求.介绍了当今飞行控制领域中几种典型综合控制技术的应用实例,提出为了保证飞机获得期望的控制性能,在设计飞机的时候应当根据具体的控制要求选择相应的综合控制方案.     

基于鲁棒伺服LQR的结冰飞机纵向控制律重构方法

由于防/除冰系统总会出现故障或者除冰不彻底,因此仅依靠防/除冰系统实现结冰条件下的安全飞行并非完全可靠,研究结冰后飞机控制律重构对飞机操纵安全和飞行安全极其重要。针对飞机的纵向运动建立了结冰影响模型和纵向动力学模型,采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LQR)最优控制设计了飞机结冰后空中飞行纵向控制律,模拟了飞机在俯仰姿态保持模式下遭遇不同严重程度结冰后的动态响应特性,并与常规PID控制进行对比。结果表明,所设计的控制律能够有效改善结冰飞机的飞行性能和飞行品质,准确跟踪给定的俯仰角指令,且抗干扰能力、动态性能以及鲁棒性均优于常规PID控制。为飞机结冰后的重构控制问题和自动飞行控制,提供了新的思路。     

民用飞机偏航控制系统设计策略研究

偏航控制系统是保证飞机安全飞行的关键系统,其性能优劣不仅直接影响飞机的操纵品质和性能,失效状态下还会危及飞机的飞行安全,方向舵作为偏航控制主要操纵面,其权限管理、余度配置以及稳定能力的设计都需要高的可靠性和安全性;如果使用闭环控制回路,设计措施来避免系统与飞机弹性模态之间的不良耦合是必须的。     

商用涡扇发动机推力控制故障处置功能解析

针对运输类飞机对动力装置必须确认任何单一失效或故障及可能的失效组合都不会危及飞机安全飞行的适航要求,经工程研究和飞机运营经验证明,原有的通过安全性分析以及申请豁免来表明设计符合性的验证方法存在不足,为了保障飞机飞行的安全性,可增加推力控制故障处置(TCMA)系统。以B787飞机配装的GEnx发动机TCMA系统为研究对象,采用系统工程的方法研究和分析了该系统的安全性需求来源、符合性验证方法及其演进、TCM事件危害、TCMA系统架构和系统功能,其中包括事件侦测、处置逻辑、激活功能监控与内部自检BIT等功能。分析结果表明:TCMA系统是1个集成的智能控制系统,在TCM事件发生后无需飞机机组人员干预,能够自动处置并保障飞机的飞行安全。