运输机超低空重装空投抗侧风三维非线性控制律设计

针对大型运输机侧风环境下超低空空投重型货物的瞬间受到三维突变和不确定干扰问题,提出一种基于四级复合控制的运输机三维控制律设计方法。在考虑侧风和地效不确定因素的基础上,建立了空投过程的不确定突变模型;为了保证飞行安全,采用四级复合方法设计了三维控制律:先逐层设计位置回路的虚拟指令,使位置、航迹和姿态的偏差向内逐层传递,再设计舵面和油门控制量消除位置和空速回路的偏差。在弱不确定性条件下,证明了控制系统的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制律可保证运输机侧风环境下超低空重装空投的安全性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

运输机超低空空投下滑阶段PIO趋势评估与抑制

提出了超低空空投下滑阶段的PIO问题,研究了空投下滑拉平阶段产生PIO的主要原因.基于描述函数法分析了速率限制反馈(RLF) PIO抑制系统的相位补偿能力和PIO产生机理,推导了抑制PIO发生的计算公式.应用RLF连续信号相位补偿法抑制PIO的发生,对阶跃、离散和正弦三种易于诱发PIO现象的跟踪任务进行了数值仿真.结果表明,超低空空投下滑拉平阶段会发生PIO,严重威胁飞行安全,RLF对PIO具有较好的抑制效果.     

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。     

运输机空投控制器设计(英文)

重物空投过程中,飞行器各飞行参数随着货物舱内移动发生连续的变化,当货物投放瞬间则发生突变。随着空投货物重量的增加,这一过程将严重恶化飞行器飞行品质和操控特性。本文在简化的空投飞行方程基础上,研究反演和切换控制方法以解决这一过程中的飞行状态保持和扰动抑制(包括大范围飞行状态,飞行员操纵误差和系统量测延迟等)问题,所得控制策略也可用于驾驶员空投操纵的指令参考。利用反演理论,推导了自适应控制器以稳定运输机飞行状态,并提出了协调的切换控制方法解决飞机在货物离机过程中出现的状态跳变问题。仿真结果表明所提控制方法在不仅能有效保持系统状态,并能在较大飞行范围内具有较好的鲁棒性。