飞机／发动机推力矢量综合控制方法的探讨

根据已有研究成果,给出了飞机/发动机推力矢量综合控制系统的结构与控制逻辑,提出了研制飞机/发动机推力矢量综合控制系统对矢量喷管控制的要求和实现方法,最后对研制工作提出了建议.     

以色列进行装推力矢量系统飞机试验

目前,以色列用装有推力矢量系统的无尾和减少尾翼面积的缩比遥控飞机,成功地进行了一系列过失速和机动飞行试验.该机的气动布局类似于F-16TVC(推力矢量型)的半尺寸飞行器.它能清楚地暗示以色列未来的战斗机很可能是一种隐身的、带推力矢量系统的设计布局.试验表明,与常规尾翼设计的同类飞机相比,该机的过失速机动性明显增加.由于垂尾面积减少了25%,飞机的最大偏航速度比类似的、具有全尾     

带推力矢量飞机的重构飞控系统设计

带推力矢量飞机的重构飞行控制系统是由带推力知量的基本飞行控制系统和重构控制系统两部分组成。前者是加装推力矢量飞机控制的关键。后者是当飞机舵面或作动器发生故障后，利用矢量喷管进行飞控敏理构，可以使推力矢量再次发挥作用。以加装推力矢量喷管的飞机为研究对象，阐述了上述两种控制系统的详细设计方法，此法带有一定的普遍性，为进一步展开这方面的研究提供了参考。     

推力矢量控制的鸭式布局无人侦察机气动特性研究

针对推力矢量控制的远距鸭式布局无人侦察机,建立了垂尾和鸭翼在不同安装位置的气动对比模型,并利用CFX模拟各方案巡航状态的流场特性,分析了当鸭翼和垂尾安装位置对无人机气动性能的影响,同时依据推力矢量控制的原理进一步讨论垂尾位置对推力矢量直接力控制稳定性及精确性能的影响,总结出远距鸭式布局推力矢量控制的无人侦察机的几点设计经验,以期为相关设计提供有意义的参考。     

推力矢量飞机自适应控制系统仿真平台研究

研究了具有自修复功能的推力矢量飞机自适应控制系统的结构功能特点,研究了RHO优化控制算法实现在线控制器设计,利用MSLS辨识算法实现在线飞行参数辨识和等价空间算法、传感器信息融合技术和概率统计理论实现FDI算法。并且根据系统各个部分的算法,采用面向对象技术语言VC 6.0和三维图形语言OpenGL开发了仿真平台,利用仿真平台实时演示了飞机存在舵面故障情况下的飞行控制系统运行仿真,解决了飞机飞行过程中存在舵面损伤和气动参数变化的问题,该仿真平台可以根据需求进行飞机故障加载,具备完备的推力矢量飞机自适应控制系统仿真功能。     

推力矢量控制中的非线性鲁棒解耦控制方法

介绍了推力矢量控制的由来和意义，着重叙述了推力矢量控制，特别是推力矢量飞机在大迎角，过失速状态下目前主要的非线性鲁棒解耦控制律的设计方法，如非线性逆动态方法、ＮＬＱＲ（非线性二次最优调节器），自适应方法，变结构方法以及最近出现的基于人工神经元网络的方法，指出了这些方法在推力矢量控制飞机应用中各自的特色以及目前存在的问题。并指出了今后主要的工作方向。     

推力矢量控制对飞机操稳特性的影响

结合某典型飞机研究了推力矢量控制对飞机纵向和横航向操纵性、稳定性的改善作用,分别确定了俯仰推力矢量控制和偏航推力矢量控制与常规气动操纵面之间的交联关系,并且利用此关系和推力矢量飞机的动力学模型在过失速区域内进行了仿真计算分析。结果表明,推力矢量控制可使飞机的飞行包线有较大扩展,在大迎角情况下使飞机的操稳特性得到明显的改善;鸭翼与推力矢量控制能够很好地配合对飞机进行有效的控制。     

推力矢量喷管及其控制技术综述

推力矢量控制是第四代战斗机获得过失速机动性的必要条件,推力矢量喷管具有提供巨大的飞机性能收益的潜力。文中介绍轴对称矢量喷管和二元收-扩矢量喷管的结构,较详细地讨论了二元矢量喷管的控制机构、控制工作模态和控制系统。     

弹道导弹的推力矢量控制系统设计

针对弹道导弹推力矢量控制系统的快速性和鲁棒性要求,采用变结构控制方法设计了三通道的推力矢量控制系统。建立了弹道导弹三通道姿态运动的动力学模型,将通道间的耦合项及外界干扰作为不确定项,采用了变结构控制方法进行补偿,并采用了自适应算法来更新变结构控制参数,对不确定项的上界进行估计,从而提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的推力矢量控制系统具有很好的控制效果。     

推力矢量对飞机飞行性能的影响

结合某飞机详细地研究了推力矢量对飞机起飞及拉升试验的影响，并对飞机起飞过程中采用的不同的推力矢量控制方式进行了对比研究。推力矢量引起的超环量升力对上述性能的影响情况也在文中进行了讨论。结果表明，利用推力矢量与鸭翼相配合在一定控制规律下可使飞机的起飞性能得到较大改善，考虑了推力矢量引起的超环量升力后改善效果更加明显。     

非线性反馈线性化方法在飞控系统中的应用

应用非线性反馈精确线性化方法进行了飞机自动着陆系统设计。首先,用非线性微分方程组表示的飞机纵向控制系统,在经过输入输出反馈线性化以后,可等效为线性系数;然后,用线性的ＰＩＤ控制方法对变换后的线性系统进行了设计;最后,考虑风的干扰,对所设计的飞机自动着陆控制系统进行了数字仿真。仿真结果表明,用反馈线性化方法设计的飞控系统具有良好的性能。     

Sensitivity Reduction in Aircraft Control Systems

A method for reducing trajectory sensitivity to parameter perturbations for linear feedback systems is described. Application of the method to the design of aircraft control systems, with special reference to a helicopter forward flight control system, is illustrated. The response of the system based on this method is found to be better than that obtained with fixed-feedback gain controllers, although the response may not be as good as that of an adaptive control scheme. The main advantage of the method is the simplicity of its implementation relative to that of the adaptive control scheme which requires an on-board computer.     

Digital Control of High Performance Aircraft Using Adaptive Estimation Techniques

Since the early 1960's, a rapid advance in signal processing, including filtering and estimation techniques, has been evident. In contrast, applied feedback control, particularly for aircraft, is currently based on technology available prior to 1960, i. e., primarily either constant gain feedback or at most a standard gain-scheduling. In this paper, an adaptive signal processing algorithm is joined with gain-scheduling to produce an effective scheme for controlling the dynamics of high performance aircraft. A technique is presented for a reduced-order model (the longitudinal dynamics) of a high performance short-takeoff-and-landing (STOL) aircraft. The actual controller views the nonlinear behavior of the aircraft as being equivalent to a randomly switching sequence of linear models taken from a preliminary piecewise-linear fit of the system nonlinearities. The adaptive nature of the estimator is necessary to select the proper sequence of linear models along the flight trajectory. From the analysis of the reduced-order model the nonlinear behavior has been found to be well approximated by assuming an effective switching of the linear models at random times, the durations of which reflect the motion of the aircraft in response to pilot commands.     

飞机直接侧力控制律设计

采用直接侧力控制可消除常规飞机在航迹操纵方面的不足,并产生某些新的运动模式,这对横航向运动优点更为突出。文中首先对飞机直接侧力控制的三种基本运动模式进行了分析。然后简述了用特征结构配置和模型跟踪技术计算反馈和前馈增益以设计输出解耦控制系统的主要步骤。最后以CitattonⅡ型飞机为算例,设计了其直接侧力控制律。计算结果是令人满意的,说明所采用的原理和方法对直接侧力控制律的设计是行之有效的。     

Nonlinear adaptive and sliding mode flight path control of F/A-18 model

The question of inertial trajectory control of aircraft in the three-dimensional space is discussed. It is assumed that the nonlinear aircraft model has uncertain aerodynamic derivatives. The control system is decomposed into a variable structure outer loop and an adaptive inner loop. The outer-loop feedback control system accomplishes (x,y,z) position trajectory and sideslip angle control using the derivative of thrust and three angular velocity components (p,q,r) as virtual control inputs. Then an adaptive inner feedback loop is designed, which produces the desired angular rotations of aircraft using aileron, elevator, and rudder control surfaces to complete the maneuver. Simplification in the inner-loop design is obtained based on a two-time scale (singular perturbation) design approach by ignoring the derivative of the virtual angular velocity vector, which is a function of slow variables. These results are applied to a simplified F/A-18 model. Simulation results are presented which show that in the closed-loop system asymptotic trajectory control is accomplished in spite of uncertainties in the model at different flight conditions.     

基于多模型的飞控系统自适应重构技术研究

针对飞控系统执行器故障引起参数大范围跳变的问题,提出了一种基于多模型的自适应重构控制方法。建立了执行器故障参数模型,根据故障的特征模型设计一系列并行的辨识模型,采用固定模型与自适应模型相结合的方式,依据转换标准选择与当前飞机状态最匹配的辨识模型所对应的控制器。通过对某型飞机侧向控制系统进行仿真,表明在执行器严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能。     

控制分配在复杂飞行控制系统中的应用设计

在常规反馈控制设计的基础上,将控制分配技术应用到多操纵面飞控系统的设计中,从而合理、有效地解决多个操纵面的协调操纵和综合分配问题,并应用控制分配算法完成综合飞行/推力矢量控制和操纵面故障重构控制两类应用设计。仿真表明,多操纵面飞控系统设计能够提升飞机机动性和安全可靠性,设计方法具有较好的工程应用价值。     

基于BACKSTEPPING理论的直接自适应飞行控制

BACKSTEPPING理论是继反馈线性化理论之后发展起来的一种的控制理论.基于BACKSTEPPING理论的控制系统是通过Lyapunov稳定性理论推导得出,确保了系统闭环稳定性,避免了反馈线性化理论在飞机控制系统中应用存在的可能不稳定的隐患.然而,BACKSTEPPING理论与反馈线性化方法存在同样的鲁棒性缺陷,即对模型的精确性要求很严格.据此文中给出一种通过直接自适应补偿的方式来增强其鲁棒性的方法.仿真结果表明此方案对模型存在不精确环节时有较强的补偿控制作用.     

大机动飞机的非线性鲁棒控制律设计

采用非线性不确定系统的高增益控制建设设计方法,为某型大机动飞机在特定飞行条件下设计了鲁棒控制律,以跟踪期望的输出轨迹,并在不同飞行条件下进行了系统仿真研究。仿真结果表明,采用所设计的控制律,在不同飞行条件下,飞机均可同时完成较精确的纵向和侧向机动跟踪,说明控制律具有较好的鲁棒性。     

VTOL Aircraft Control Output Tracking Sensitivity Design

A method is presented for reducing trajectory sensitivity and achieving robust asymptotic tracking for linear feedback systems when there are parameter perturbations and disturbance inputs. The controller consists of a servocompensator containing the modes of the reference signals and disturbance inputs, a stabilizing feedback loop, and a feedforward compensator. Application of the method to the design of a vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft flight control system is discussed. The use of a precompensator allows performance maneuvers such that the aircraft tracks desired trajectories and the feedforward and feedback signals aid in reducing the trajectory sensitivity to variations of parameters due to change in airspeed and to wind gust. Simulation results are presented to show the robust tracking, disturbance rejection, and sensitivity reduction capabilities of the flight control system.