舰载机着舰离散H_2/H_∞控制

舰载机着舰对控制的精度和鲁棒性等有很高的要求。已有的文献在设计着舰控制器时,没有考虑反馈信号的离散采样,而信号采样对控制系统性能具有重要影响。文中采用了离散系统的H_2/H_∞控制方法,来设计包含反馈信号采样的着舰鲁棒控制器,并与着舰工程实际的控制结构进行了仿真比较。仿真表明,系统在高度偏差纠正、舰尾流抑制、模型摄动抑制等方面的控制效果很好,达到着舰规范要求,且远优于工程上着舰控制结构,由于鲁棒控制器将高度轨迹的信号引入到了油门通道,这使得系统能避免工程实际中的高度响应的初始负调问题。     

舰载机自动着舰引导与控制研究进展

舰载机自动着舰是一项复杂的系统工程。本文概述与总结了舰载机自动着舰系统及着舰引导与控制关键技术的发展现状;阐述了自动着舰系统的发展历程、设计规范,详细描述了自动着舰系统的基本架构和工作原理。在总结舰载机自动着舰引导与控制关键问题的基础上,详细概述和分析了舰载机数学建模、着舰引导、着舰飞行控制、动力补偿/自动油门控制、甲板运动建模、预估和补偿控制、舰尾气流建模与抑制、雷达噪声抑制与误差标校、复飞/逃逸决策与控制等关键技术的研究进展。最后,对舰载机自动着舰引导与控制的研究成果作了总结,并对未来发展方向进行了展望。本文旨在促进舰载机自动着舰技术的发展。     

考虑杆臂效应与挠曲变形的全自动着舰技术

联合精确进近和着陆系统（JPALS）舰载组件旨在为最终进近阶段的舰载机提供自动着舰能力。针对由于舰船杆臂效应与挠曲变形的存在导致舰载机着舰定位精度下降的问题,开发了一种基于卫星引导的全自动着舰非线性化参数误差模型,结合舰船甲板运动及舰载机纵向飞行控制模型,评估舰船结构挠曲和姿态不确定性对着舰落点精度的影响。结果表明,杆臂效应与挠曲变形对着舰落点精度有显著影响,利用建立的误差模型以及飞行控制模型,能够将着舰落点精度有效控制在着舰标准之内。     

舰载机着舰侧向轨迹增量控制

针对舰载机着舰侧向控制难度较大的问题,借鉴美国海军的“魔毯”(MAGIC CARPET)着舰的先进理念,提出了 1种新的着舰控制方法,即侧向轨迹增量控制。首先,分别从理论上分析了侧向常规控制、侧向轨迹增量控制的控制结构和着舰性能;然后,对 HUD显示符号进行改进;最后,通过实时仿真,比较了这 2种方法的着舰控制效果。结果显示,着舰侧向轨迹增量控制具有 3个优点:1)简易,降低了飞行员的操纵频次和负担;2)直观,着舰侧向操纵更直观,侧向杆量与飞机侧偏修正速率成正比例,而且当横杆回中时飞机能自动跟踪跑道中心线的横向漂移;3)鲁棒,显著提高了对侧风和舰尾流的抑制能力,即使在飞行员不操纵的情况下,飞机也能迅速反应和抑制风干扰。因此,建议在着舰工程中采用侧向轨迹增量控制。     

舰尾流影响下的舰载机着舰控制与仿真研究

舰载机着舰时处于“低速大迎角下滑”的飞行状态,飞机的操纵性下降,加上舰尾雄鸡尾流的干扰,如果不能很好地控制很可能造成着舰失败。搭建考虑高度影响的舰载机着舰动力学模型,从“力与运动的动态关系”和“能量转换”两个角度进行舰载机着舰过程物理机理的研究,并利用模糊PID控制器的快速收敛能力对比分析迎角、速度和高度三个反馈量,升降舵和油门杆两个控制量,共六个控制通道的控制机理和内在关系,得出它们的优劣势和适用情况。进行有风扰动下的控制仿真及分析,筛选出油门杆高度反馈PID控制器作为舰尾流扰动下的控制系统,仿真结果验证了该控制器的有效性。     

基于滑模变结构控制的舰载机动力补偿系统设计

分析了舰载机进场动力补偿系统的必要性,给出了一种基于趋近律的离散时间滑模变结构控制方法。利用该方法设计了一种保持地速迎角恒定的舰载机进场动力补偿系统,建立了舰载机自动着舰的综合仿真模型。仿真结果表明,通过控制俯仰角的变化量,能够使舰载机快速准确地沿着理想的下滑轨迹着舰,该动力补偿系统能够有效抑制舰尾气流扰动的影响,具有较强的鲁棒性。     

基于线性矩阵不等式的舰载机纵向着舰H∞控制

运用线性矩阵不等式（LMI）的H∞控制理论．将舰载机纵向着舰导引系统的SISO性能要求转化为H∞控制广义模型权函数的选择．设计出H∞输出反馈控制器。以某型舰载机着舰过程进行仿真验证。结果表明，采用H∞控制的着舰导引系统具有良好的着舰下滑轨迹跟踪能力。     

国外舰载机全自动着舰技术综述

全自动着舰技术是航母舰载机的标志性技术,可以有效提高舰载机在复杂气象条件下任务执行能力.通过梳理国外全自动着舰技术发展历程和研究现状,对国外全自动着舰使用流程、系统组成和评估方法进行详细介绍.其中包括着舰流程包含返航、待机、进近和着舰等4个阶段;系统组成包含舰载系统和机载系统2个方面;评估方法包含着舰率、着舰品质等级、...     

基于Virtools的舰载机着舰拦阻仿真研究

针对舰载机拦阻着舰问题,建立了舰载机着舰拦阻的动力学模型,综合考虑航母运动、甲板风、着舰姿态等问题,然后利用建模软件CATIA及视景驱动软件Virtools建立虚拟的海洋环境和舰船载机的几何模型,并实现了对舰载机和舰船的6自由度运动的实时控制。仿真结果说明该仿真系统较好地模拟了舰载机着舰拦阻的真实情况。     

舰载机着舰舰面效应及其补偿方法研究

根据舰面效应的作用机理,分析了舰面效应对舰载机着舰的影响,总结了舰载机在不同着舰模式下的舰面效应补偿方法.针对舰载机自动着舰模式,通过分析舰面效应所产生的附加升力造成的着舰偏差,提出了引导信号指令修正的舰面效应补偿方法,并给出了舰面效应自动补偿方法的具体流程,分析了自动补偿方法的特性及其应用面临的关键问题.     

舰载机人工进场着舰精确轨迹控制技术

进场着舰精确轨迹控制是舰载机设计的难点和关键技术之一。首先，对舰载机人工进场着舰轨迹及精确轨迹控制的应用需求进行了讨论，指出其必要性和直观的有益效果；随后，讨论了舰载机进场着舰精确轨迹控制的演变过程、发展趋势及涉及的等角下滑航迹率控制技术、进场动力补偿技术、直接力控制技术、DP（Delta flight Path）控制技术等关键技术；最后，讨论了舰载机进场着舰精确轨迹控制对减轻驾驶员操纵负担、降低触舰点分散度、减小触舰载荷等方面的收益。研究工作对舰载机的精确轨迹着舰控制系统设计具有一定的工程指导价值。     

基于临界能量管理的着舰技术研究

以一种全新的视角,用能量管理来解释舰载机着舰,更加直接地分析舰载机的运动状态,并从能量管理的角度为着舰驾驶操作提供有益参考。结合舰载机着舰仿真数据,分析飞机油门、驾驶杆等控制量的输入对舰载机能量状态的影响,总结了规律性的着舰操纵方法,有助于飞行学员理解和掌握着舰理论,对其掌握舰载机的着舰驾驶技能有着积极的作用。     

舰载机横侧向着舰控制律研究

研究了舰载机横侧向着舰控制律。建立了舰尾气流扰动下的舰载机横侧向数学模型;提出了基于滚转角指令控制方式的舰载机横侧向着舰控制律设计思想,并分析了滚转角指令控制方式的优点;采用SHL神经网络动态逆控制方法设计了横侧向着舰控制律;对舰载机滚转角、航迹侧滑角和偏航角进行了数值仿真。结果表明,横侧向滚转角指令控制系统对飞行状态变化具有良好的鲁棒性和解耦能力,对舰尾气流扰动的敏感性远低于滚转角速率指令控制系统,能较好地满足着舰控制要求。     

舰载机着舰甲板运动误差及其补偿仿真研究

论述了舰载机着舰过程中的甲板运动扰动,分析了其对飞机着舰的影响,据此对舰载机着舰引导系统进行甲板运动补偿网络设计,并进行仿真,仿真结果表明,补偿网络明显的减小了飞机着舰的纵向误差,通过随即给的航母甲板运动初始相位进行仿真,说明补偿网络具有良好的适应性。     

进场动力补偿器对自动着舰系统的影响

针对保持迎角恒定的动力补偿器(APC)能否兼顾保持舰载机进场空速的问题,结合H-dot指令自动着舰系统(ACLS)的工作特点,对舰载机自动着舰过程中最常见的3种指令响应情况进行了理论分析。基于H-dot指令ACLS的控制器基本构型,通过仿真研究了保持迎角恒定APC中各类指令信号对ACLS纵向控制性能的影响。仿真结果表明:不同APC指令信号对ACLS纵向控制的影响程度不同;只要稳态飞行时舰载机航迹角不变,保持迎角恒定的APC就能维持进场舰载机的空速恒定。     

FLOLS误差源建模与仿真研究

菲涅尔光学助降系统(FLOLS)是典型的舰载机光学着舰引导系统。分析了影响FLOLS着舰引导精度的指示误差源和光学误差源,包括稳定平台跟踪误差、光源位置与理想着舰点位置偏差、光源温度、飞行员视觉误差,研究了FLOLS相关系统的工作原理和着舰引导误差的产生机理,建立了各误差源的数学模型。通过对FLOLS着舰过程进行重复仿真,使用标准偏差统计方法,得到各着舰引导误差的统计特性,进而得出各误差源影响着舰精度程度比较。     

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。     

舰载机着舰控制综述

随着现代战争的发展,舰载机发挥的作用越来越重要,而舰载机着舰控制是舰载机控制系统的关键技术之一。详细介绍了舰载机着舰下滑过程、下滑过程中轨迹稳定性所面临的问题及改善措施,最后介绍了舰载机本体特性的非线性建模和线性建模的仿真结果,最后得出关于舰载机着舰过程中的七点结论,对于指导舰载机着舰控制系统设计和后续舰载无人机的研制有重要意义。     

舰载机着舰飞行/推力补偿控制律多目标综合优化设计

对舰载机着舰飞行/推力补偿综合控制问题进行了研究。在满足飞行品质要求下,为提高飞行/推力补偿系统抗舰尾流干扰能力及着舰下滑航迹的控制精度,提出了一种基于改进粒子群算法的飞行/推力控制律综合优化设计方法,实现了舰载机着舰控制的飞行品质、抗干扰能力及下滑航迹控制精度的综合优化。在算法的搜索过程中,粒子群模拟鸟类捕食过程自适应聚集为多个动态调整的子群,从而有效维持种群的多样性,抑制早熟收敛现象发生。最后,采用美国F/A-18A舰载机参数进行了数值仿真,仿真结果表明,该方法可有效提高控制律优化设计效率,不但能满足期望的飞行品质要求,同时,还可改善系统的抗干扰能力,提高着舰下滑航迹的控制精度。     

双回路鲁棒控制方法在弹性飞行器中的应用

针对弹性飞行器综合鲁棒控制性能受模型降阶误差影响的问题,提出了一种双回路鲁棒控制设计方法.首先利用次优控制方法设计内反馈回路,有效降低了降阶后模型的误差界;然后采用混合灵敏度H∞鲁棒控制方法设计外回路,保证了系统的鲁棒稳定性和性能.仿真结果表明,双回路方法并没有增加控制器阶次,但在满足系统鲁棒稳定性要求的前提下较大地提升了控制器性能,其控制性能明显优于单回路鲁棒控制器.同时这种控制器能够有效降低控制系统与动力学系统间的不利耦合,延缓伺服颤振的发生,是一种非常适用于弹性飞行器的控制方法.