直升机着舰飞行控制仿真研究初探

本文介绍了直升机的着舰过程和特点,以及舰船运动特性及其对直升机着舰的影响,分析了着舰飞行控制系统在着舰过程各个阶段的不同任务和要求,最后提出一种着舰飞行控制系统的设计方法和一个很好的仿真工具。     

直升机着舰降落操纵与动态响应研究

直升机在舰船上降落是一个非常复杂的过程,因此有必要对着舰降落阶段直升机的动态响应进行研究。首先,建立了直升机/舰船动态适配仿真模型。然后,通过UH-60A直升机的配平和操纵响应计算结果与飞行测量数据的对比,验证了仿真模型的准确性。最后,对直升机舰面降落操纵与动态响应进行了仿真计算与分析。研究结果表明:舰载环境对直升机着舰降落过程中的机体姿态变化有显著的影响;合理的操纵速率能控制直升机触舰时刻的机体姿态和角速率,减缓对甲板的冲击,保证直升机降落在限定着舰区域。     

侧向自动着舰引导控制L1自适应设计

针对具有不确定性及外部干扰的着舰轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种对侧向自动着舰引导控制内外回路进行综合化设计的方法.使用特征结构配置实现侧向模态解耦跟踪控制,同时设计L1自适应控制器以补偿系统由于不确定性、舵面故障、舰尾流干扰带来的不利影响,将其应用到侧向自动着舰控制系统.仿真结果表明,对内外回路进行综合设计的着舰引导控制律具有抑制不确定性及干扰的能力,能够实现对侧向自动着舰轨迹的精确跟踪控制.     

直升机H_∞回路成形全姿态控制器设计

根据内外回路思想结合鲁棒H∞回路成形方法,设计了直升机双回路飞行控制系统。内回路主要完成直升机的全姿态控制,包括滚转角、俯仰角和偏航角的同时控制;外回路在内回路的基础上实现了速度跟踪。所设计的控制系统基本实现了直升机各通道间的解耦,且具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。最后,按照ADS-33E标准对飞行性能进行了评估,结果表明飞行品质达到了1级水平。     

应用于直升机/舰动态配合的 舰面流场建模仿真关键技术

直升机/舰动态配合是舰载直升机飞行安全的重要课题。首先,对动态配合过程中涉及的因素进行了分析和讨论,得出对旋翼尾流场和舰面流场耦合求解的简化方案;然后,以某舰和直升机为例,对其舰面流场仿真关键技术进行了描述,主要内容包括舰面流场的CFD仿真、针对动态配合对舰尾流进行重构等,并对典型的直升机起降轨迹进行了描述;最后,通过有关直升机/舰动态配合流场计算仿真的途径和方法得出了若干结论,可为该领域研究者提供参考。     

直升机多模态飞行控制系统

直升机具有较强的耦合性、不稳定性，给飞行控制系统的设计带来了很大的困难。动态逆技术通过成功的飞行测试而获得广泛的认同。本文将直升机划分为内外两个回路，内回路采用动态逆的方法，得到了较好的解耦效果。外回路用线性二次型状态调节器设计法设计速度保持回路，仿真结果表明具有良好的指令保持能力，     

基于LADRC的无人直升机轨迹跟踪

无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统。为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统。首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的"8"字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性。     

简化模型下的舰载无人机着陆控制律设计与仿真

讨论一种结合升降速率和推力控制的舰载无人机着舰的方法。结合国内某型无人机,首先介绍了舰载无人机的自动着舰系统,并分析和设计基于俯仰姿态的升降速率控制系统的控制律;然后进行母舰的数学模型简化;再次进行了推力控制系统的分析与控制律设计;最后在考虑飞行控制系统和发动机推力控制系统的条件下,对控制律进行设计与仿真,并提供仿真结果。     

直升机多模态飞行控制系统

直升机具有较强的耦合性、不稳定性,给飞行控制系统的设计带来了很大的困难.动态逆技术通过成功的飞行测试而获得广泛的认同.本文将直升机划分为内外两个回路,内回路采用动态逆的方法,得到了较好的解耦效果.外回回用线性二次型状态调节器设计法设计速度保持回路,仿真结果表明具有良好的指令保持能力.     

基于ADRC的舰载机着舰飞行控制系统解耦设计

针对舰载机在着舰下滑时飞行轨迹不稳定、在控制升降舵的同时还需要进行发动机推力补偿的问题,建立了舰载机纵向着舰飞行姿态运动模型,采用自抗扰控制技术对着舰飞行控制系统进行解耦。首先,将俯仰角回路和迎角回路中的耦合项视为扰动,设计扩张状态观测器对回路中的状态量和总扰动进行估计;然后,采用非线性状态误差反馈律和扰动实时补偿来计算虚拟控制量,并通过控制分配得到升降舵和发动机推力控制量。仿真结果表明,在升降舵偏转角和发动机推力可用的范围内,所设计的姿态控制系统和动力补偿系统能使航迹角快速、准确地跟踪姿态角指令。     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的设备,研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步。在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统。主要完成了模型的建立和仿真;研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统,并进行了调试。通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理,满足飞行品质技术指标要求,半物理仿真结果可真实可靠地反映直升机的飞行过程。     

直升机多模态控制律的全飞行包线设计

根据直升机飞行模态的特点,提出了一种的内／外回路控制结构,将不同飞行模态通过内／外回路结构有机地联系起来,不仅简化了直升机多模态控制律的设计,还简化了模态转换的控制器结构。最后,用这种结构将直升机多模态控制律的全飞行包线设计分解为内回路的控制器切换和外回路的模态转换,设计思路避免了传统的增益调参。     

直升机控制增稳系统的一种综合设计方法

提出了特征结构配置/奇异值灵敏度分析/回路传递复现（LTR）综合设计方法,为某直升机在悬停飞行状态下,设计了控制增稳系统,并对飞机系统状态参数改变及由某个速度下过渡到飞机悬停状态的过渡过程进行了数字仿真。     

直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

某型无人直升机飞控系统仿真研究

介绍了某型无人直升机飞行控制系统半实物仿真系统的组成、原理和实现方法。在仿真系统中，采用Windows平台实现了无人直升机飞行动力学模型的实时解算，解决了在多任务平台上进行实时仿真的关键问题。通过对某型无人直升机飞行控制系统半实物仿真结果的分析和研究，确定了无人直升机飞行控制规律，并整定了控制参数。     

基于飞行品质评估的无人直升机鲁棒控制器设计

提出了一种改进的无人直升机H_∞回路成形鲁棒控制器设计方法。首先将系统辨识技术引入到无人直升机高带宽控制器设计,根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应,依据频率响应拟合待辨识模型得到无人直升机高精度的飞行动力学模型。然后根据该模型,采用改进的H_∞回路成形方法设计了无人直升机内回路控制器,针对H_∞回路成形方法中权值矩阵选取困难的问题,利用了最大右约数(GCRD)方法以实现实际系统和期望系统的传递函数矩阵之间的转换。与传统的对角型权值矩阵相比,使用此方法成形后的系统具有更宽的鲁棒稳定裕度,系统的解耦性和频带也显著提高,而且可以大大降低设计人员选取权值矩阵的复杂性和盲目性。通过仿真验证,所设计的无人直升机系统的飞行品质满足军用标准ADS-33E中一级区域的要求。     

控制阵解耦的直升机显模型跟踪飞控系统设计

以某型武装直升机为例,在电传控制方式下,从工程易实现的角度出发,仅通过对控制阵B解耦,设计直升机显模型跟踪飞控系统。重点阐述了解耦矩阵Bd的设计,主要讨论当B不为方阵时,如何从广义逆矩阵的角度设计解耦矩阵,同时还需解决内回路多变量输入输出维数不一致的问题。通过定量分析评估所设计的模型跟踪系统的性能。完成内回路设计后,采用单输入单输出经典控制方法设计外回路。仿真结果验证了内外回路单独独立设计的可行性。     

全数字式操纵负荷系统设计及实现

操纵负荷系统是人在回路仿真系统中的负载模拟装置,它要完成对飞行员十分敏感的驾驶杆力和脚蹬力的仿真,其部件模型的设计满足了操纵负荷系统的通用性。此操纵负荷系统在某型机工程模拟器上的应用测试结果表明,该设计符合直升机飞行模拟器鉴定标准的C级要求。     

直升机鲁棒控制器的设计研究

提出一种改进直升机悬停性能的控制方案。在直升机悬停控制器原速度回路的基础上增加鲁棒控制器,可提高直升机悬停参数变化的鲁棒性能。详细叙述了鲁棒控制器结合悬停控制器的设计方法,并用仿真结果说明了鲁棒控制器在本算例中所起的作用