运输机超低空重装空投纵向反步滑模控制研究

分析了超低空重装空投的空投流程,针对超低空重装空投飞行高度低、空投对象质量大的特点,把空投对象的位置和移动速度作为状态变量对货物移动时飞机运动的非线性方程进行了研究,该方程能准确描述出牵引伞的拉力、空投对象在货舱内的实时位置和移动速度对飞机姿态和高度的影响。同时,利用反馈线性化方法对模型进行输入输出线性化,并利用反步法与滑模控制相结合的方法,设计纵向滑模自适应控制器,解决了纵向不可参数化的不匹配不确定控制问题,实现了飞机在超低空重装空投时高度的稳定,保证飞机安全地完成超低空空投任务。     

地面效应下飞机空投阵风减缓LQR控制

针对运输机在超低空空投过程中容易受到大气环境干扰的问题,研究了在地面效应影响下对运输机超低空空投的建模改进,建立了基于小扰动运动模型的纵向状态空间方程。在此基础上,应用LQR控制方法结合遗传算法优化设计了干扰抑制控制器,使得空投过程具有良好的稳定性和操纵性。结果表明,遗传算法优化的LQR控制方法能够有效抑制阵风对运输机超低空空投过程的干扰,使飞控系统具有更好的稳定性。     

超低空空投侧风安全边界确定方法

执行超低空重装空投任务的大型运输机极易受到扰动风的影响从而威胁飞行安全.根据小扰动线性化方法,从载机安全性出发,提出侧风安全边界的确定方法:载机受扰后的瞬态响应峰值不能过大;稳定飞行时,舵面应能提供足够的操纵力和力矩,以补偿风效应产生的附加气动力和力矩.仿真计算结果表明,该方法对超低空空投条件具有良好的分析预测能力.     

基于L_1自适应的超低空空投抗侧风控制律设计

针对超低空空投过程中侧风干扰与装备投放过程相耦合,影响载机飞行安全和空投任务的完成等问题,提出了基于L_1自适应的控制律设计方法。利用最优控制对系统线性部分做状态反馈并确定匹配参考模型,在此基础上,考虑系统的匹配和非匹配不确定性,设计L_1自适应控制器实现姿态保持,结合外环PID侧向轨迹控制器实现对航迹的稳定和保持。仿真结果表明,控制器具有优良的控制性能,对复杂侧风干扰和系统非线性不确定性具有很强的鲁棒性,且在高自适应增益下能有效抑制输入信号高频抖振。     

基于动态逆的超低空空投抗侧风控制器设计

为了使运输机在有侧风情况下仍能顺利完成空投,需要设计抗侧风控制器来抑制侧风对空投过程的影响.根据运输机的横侧向非线性数学模型,分别设计了基于侧航法的PID控制器和基于最优调节器的动态逆控制器.仿真结果表明,两者均能有效抑制侧风的影响,但与PID控制器相比,基于最优调节器的动态逆方法的控制器能减小滚转角幅值,具有更理想的控制效果.     

运输机超低空空投抗侧风控制器设计

为使运输机能在较强侧风下仍能完成空投任务,需设计抗侧风控制器减缓其对空投过程的影响。分别设计了经典的PD控制器和离散论域的模糊控制器。仿真结果表明,两者均能有效抑制侧风干扰。与PD控制器相比,模糊控制器具有更高的控制精度和较强的鲁棒性。     

大气扰动下运输机空投过程建模与仿真分析

研究了三维空间风场下运输机空投货物舱内移动过程中的建模问题.基于矢量法,推导了扰动风影响下空投货物舱内移动飞行过程中六自由度动力学方程,给出了扰动风参数的计算方法.考虑风速沿机身和翼展方向非均匀分布引起的附加气动力作用,提出扰动风场中飞机气动参数修正的一般方法.仿真验证表明,强扰动风将对空投载机阻尼特性、稳定性产生较大影响.增大阻尼回路增益,接通气流角反馈能够改善复杂大气扰动下空投载机的响应特性.     

风扰下的四旋翼无人机LADRC控制律设计

针对四旋翼无人机易受侧风干扰、影响控制效果的问题,提出了一种基于线性自抗扰的控制方法。首先分析了四旋翼无人机姿态模型,建立了四种风组合的模拟侧风模型;其次建立了二阶LADRC闭环控制回路,设计反馈控制律实现姿态控制,并分析证明了闭环系统有界稳定。仿真验证结果表明,侧风干扰下,LADRC控制器能对总扰动进行很好的估计和补偿,从而保证了系统的抗干扰性。     

运输机超低空重装空投建模与特性分析

采用整体分析与分离体法相结合的建模方法,建立了货物舱内运动状态未知情况下的超低空重装空投过程动力学模型。将货物舱内移动视为对载机的扰动,省去了对货物进行深入受力分析及其运动状态求解的中间环节,简化了模型建立过程。同时,考虑舱内导轨角和牵引力方向时变性,使得建立的模型更加贴近实际空投过程。运输机超低空重装空投过程的数值仿真结果表明,货物移动对载机飞行特性和飞行品质将产生巨大影响。     

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。     

混合动力复合翼应急迫降在线航迹规划与制导

针对混合动力复合翼飞行器巡航模式下空中停车后无动力应急迫降（VTOL）问题,提出在线航迹规划与制导方法。根据复合翼空中停车时初始位置/航向不确定散布,发展一套满足动力学约束、终端约束的三维航迹在线规划方法：利用几何规划方法快速生成扩展Dubins二维航迹,再根据下滑性能约束进行三维扩展。针对低速无动力下滑航迹跟踪更易受风干扰以及三维航线分段连接处曲率不连续的特性,发展一种基于非线性模型预测控制的三维制导算法。将纵横解耦的制导律嵌入到预测模型框架内,跟踪误差、外界风扰动、航迹曲率不连续等非线性因素则通过系统输出建立目标约束,其后利用滚动优化实时求解制导指令。最后对航迹在线规划方法与三维制导律的适用性进行仿真分析与验证,结果表明所提出的航迹规划方法适用于不确定初始位置/航向散布的应急迫降在线规划,所提的制导算法具备抵抗风扰、提高三维制导精度的能力。     

激光驾束制导导弹抗侧风作用控制方法

针对激光驾束制导导弹抗侧风干扰问题,基于减载控制思想,提出了一种通过控制气流侧滑角的大小来实现姿态修正的方案。在不增加弹上设备的前提下,由惯组信息估计得到实时气流侧滑角,进而将其反馈到控制回路,通过调节修正系数来抵抗侧风造成的导弹横向过载。六自由度仿真结果表明,在24 m/s的侧风干扰下,不加侧风修正方案的导弹会脱离激光波束,而改进方法的制导线偏差则快速收敛,脱靶量小于0.1 m,证明了该方法的有效性。     

非线性变结构解耦控制及对再入飞行器的应用

讨论了一类非线性系统的变结构解耦控制在再入飞行器的应用,变结构解耦控制号输入输出线性比相结合得到的控制规律,可对象模型的不确定有鲁棒性,对于再入飞行器再入段存在的多变量非线性和参数不确定,应用了相应的变结构解耦控制的方法,讨论了其滑模面的构造方法和解耦控制条件,在姿态控制中保证了姿态跟踪期望值,在轨迹跟踪中,设计了内外回路在控制律,内回路运用变结构解耦控制保持姿态稳定,外回路通过设计比例微分控制保     

无人直升机悬停及小速度飞行精确控制设计与仿真

采用姿态内回路和位置外回路的控制方法,设计无人直升机悬停及小速度飞行控制律,并进行仿真验证控制的精确性。     

运输机空投舱内压力动态变化数值模拟研究

运输机重装空投时,机舱横截面方向堵塞度较大,快速移动的空投物会造成舱内压力剧烈变化,甚至损害舱内乘员的身体健康,因此,有必要对运输机空投舱内压力的变化展开数值模拟研究。以运输机机舱内大型货箱在牵引伞拉力、重力、摩擦力以及气动力共同作用下 x 方向的变加速直线运动这一流固耦合问题为研究对象,基于运动嵌套重叠网格,对运输机重装空投前舱动态压力变化进行数值模拟,分析模型尺寸、来流速度、机舱堵塞度、投放位置等参数对舱内动态压力的影响规律,进而提出运输机重装空投风洞试验时与舱内压力相关的相似准则。结果表明：运输机执行重装空投任务时,空投物距离前舱位置越近,来流速度越大,堵塞度越大,空投时前舱动态压力变化越大,反之越小;风洞试验时,用空投前前舱压力值为参考量的舱内无量纲数是最准确、合适的舱内压力相似准则。     

大翼展无人机侧风着陆控制技术研究

为提升大翼展无人机侧风着陆任务安全性,提出一种基于偏流法的侧风着陆控制策略,以实现在着陆接地前航向快速对正,避免大交叉角接地对起落装置的影响。首先,将偏流法侧偏修正与纠偏流航向控制结合起来,解决着陆过程的横航向协调控制与多模态控制律的匹配问题;然后,根据侧风着陆的控制特点提炼出侧风着陆控制律设计要求,通过侧风运动仿真总结出一套纠偏流控制律参数选取方法与优化原则;最后,开展了试飞验证。结果表明,设计的控制律可有效提升大翼展无人机侧风着陆安全性。     

飞翼运输机重心前后限和纵向飞行品质研究

为了提高飞翼运输机纵向飞行品质,首先研究了该类飞机纵向气动性和操纵特点,并给出了确定其重心前后限的设计方法;然后给出了飞翼运输机纵向操纵能力的计算方法并进行了计算分析;最后,针对飞翼运输机纵向本体稳定性不满足要求的问题,研究了提高飞翼运输机纵向飞行品质的有效方法。研究结果表明,飞翼运输机特有的操纵特性可提高其升阻比,通过合理设计重心前后限以及增稳系统控制律可以保证飞翼运输机具有满意的飞行品质。     

基于自抗扰控制技术的无人直升机位置控制律设计

针对无人直升机抗风性能不足的问题,将自抗扰控制方法应用于无人直升机位置控制律,该位置控制律在常规内外回路控制架构的基础上,外回路采用非线性反馈,利用扩张状态观测器（ESO）进行动态扰动补偿。此文详细阐述了设计方法和工程应用问题。半物理仿真结果表明,该控制方案具有较强的抗扰动性,位置控制精度得到显著提升。     

大展弦比无人机抗侧风着陆控制研究

大展弦比无人机进场着陆过程中速度较低,对侧风十分敏感,是飞行过程中控制最复杂的阶段之一.通过分析侧风条件对样例无人机着陆过程的影响,提出了通过优化设计着陆轨迹线、控制空速以及完善纵横向控制策略的方法来改善侧风条件下大展弦比无人机自动着陆的控制品质.仿真结果表明,所设计的自动着陆轨迹线合理,控制策略完备,控制律品质良好,满足样例无人机在侧风条件下自动着陆控制的设计要求.     

掠海飞行导弹基于滤波的滑模高度控制

超低空掠海飞行反舰导弹或巡航导弹的高度表测量信号受到海浪噪声严重影响,其传统控制方法在海面风等干扰因素影响下,导弹难以保持定高飞行,容易失稳落水。采用基于滤波的滑模高度控制方法,利用组合高度测量Kalman滤波估计,有效消除海浪和测量噪声,提出一种基于趋近律的滑模控制方案,该方案具有控制参数少、抖振不明显、便于应用的优点。仿真表明,通过组合滤波,比较准确获取导弹飞行高度信息。与PID控制方法和常规滑模控制方法相比,基于趋近律滑模控制方法抗干扰性强,响应速度快,动态品质良好。应用该方法,导弹能够在较恶劣海情和海面风干扰下实现稳定掠海飞行,有效降低击水概率。