飞机超机动状态动力学特征及对控制系统的挑战

超机动能力作为第四代战斗机的重要标志性特征,在近距空战中具有极其重要的作用.针对非线性非定常气动效应、强耦合和操纵器异构冗余等超机动状态飞机的基本动力学特征,分析了其非线性气动力/力矩、非定常迟滞效应、参数快时变、惯性耦合和推力矢量等因素给控制系统带来的挑战,总结了超机动飞机的非线性非定常气动力建模、飞行控制和控制分配的研究现状,给出了一种基于非线性补偿和气动力模型数据库的鲁棒解耦控制策略,为超机动飞行控制方法的工程应用提供了参考.

超机动飞机的非线性动态逆控制

讨论了应用非线性动态逆进行超机动飞机飞行控制系统的设计。对快变量角速率进行非线性逆控制器的设计，由此来稳定纵向短周期运动，并通过气动舵面与推力矢量的融合，来改善大迎角范围的侧向响应，对慢变量姿态角进行非线性逆控制器的设计可使飞行员控制飞机慢运动。

超机动飞行的非线性鲁棒自适应控制系统研究

针对飞机模型中存在气动参数不确定性以及外界干扰等影响因素,设计了一种超机动飞行的非线性鲁棒自适应控制系统。控制系统设计过程中,模型不确定性和外界干扰由RBF神经网络在线补偿,控制律及神经网络权值自适应律由反步法得到。解决了系统中控制增益矩阵未知,同时存在外界干扰情况下的鲁棒飞行控制系统设计,并证明了闭环系统所有信号有界,系统跟踪误差和神经网络权值估计误差指数收敛到有界紧集内。对所研究的飞行控制系统进行了过失速Herbst机动仿真,结果验证了该系统在过失速机动条件下具有良好的控制性能。

基于Backstepping控制理论的非线性飞控系统和超机动研究

介绍了一种基于backstepping理论的非线性飞机控制方法。基于backstepping理论的飞控系统不需要反馈线性化理论在飞机控制系统应用中通常所需要的时标分离假设,能够更加真实的反映飞机动态本质。本文将此方法应用在推力矢量飞机非线性控制中,并进行了大迎角过失速超机动研究,结果表明基于backstepping理论的非线性飞控系统是正确和有效的。

超机动飞机动态逆-PID控制器设计

对超机动飞机在大迎角机动下的控制律进行设计,并完成相关仿真验证。通过引入推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机非线性数学模型;采用奇异摄动理论,将飞机状态划分为快慢变换不同的回路,分别应用动态逆设计飞行控制律;并采用PID控制补偿由于未精确建模带来的系统逆误差;最后对所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真。仿真结果表明,设计的控制律能在大迎角机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,并保证闭环系统的稳定性。

基于神经网络的超机动飞机自适应重构控制

讨论了一种基于神经网络的超机动飞机直接自适应重构控制方法。飞机的基本控制律采用非线性动态逆方法设计 ,对于模型不准确和舵面故障等因素导致的逆误差采用神经网络进行在线补偿。通过仿真表明 ,在飞机发生舵面故障时 ,神经网络通过自适应地补偿逆误差 ,可以快速在线重构控制律 。

战斗机超机动飞行自抗扰控制器设计

提出了一种利用自抗扰控制器算法在大包线范围内设计超机动飞行控制系统的新方法。根据奇异摄动理论和自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性,在超机动飞行的快慢子回路中分别引入自抗扰控制器,实现了快变量和慢变量的动态解耦控制。控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型,在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数,大大简化了设计过程。大包线范围内的大迎角机动仿真结果表明,系统具有良好的动态和稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性,为解决大包线范围内的超机动飞行控制问题提供了一种新的途径。

现代战机超机动攻击研究

在研究、比较两种非线性系统设计方法——动态逆和 Backstepping的基础上 ,设计了具有大机动飞行的 ,基于 Lyaponov全局稳定的 Backstepping飞行控制律 ;其次 ,探讨了衡量机动攻击导引性能的评价尺度 ,并进一步研究了如何根据载机与目标的相对运动 ,导引载机机动飞行 ,以迅速满足载机空空导弹离轴发射条件 ,实现超机动攻击的导引律。最后 ,以攻击机动和非机动目标飞行仿真 。

超机动飞行的非线性反推自适应控制

为解决对象参数未知时的超机动飞行控制问题,设计了一种非线性反推自适应控制器。针对超机动飞行的非线性模型,适当选取Lyapunov函数和中间虚拟控制信号,同时通过自适应控制律的设计来调节未知参数并得到了最终的控制信号。仿真结果表明,即使模型参数未知,所设计的控制律也能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,同时保证了闭环系统的稳定性。

超机动飞机非线性建模仿真与操纵特性分析

研究建立较为准确的超机动飞机非线性模型,对新型战斗机的研发具有重要意义。在分析超机动飞机非线性特性的基础上,建立了带推力矢量的超机动飞机非线性动态模型,着重分析了气动力、气动力矩以及发动机的建模过程。为改善系统的动态特性,采用动态逆结合PID的方法设计了超机动飞机在大迎角机动下的控制律,并进行了"眼睛蛇"机动仿真。根据"眼镜蛇"机动的仿真结果,分析了超机动飞机在大迎角飞行时操纵特性,证明了所建立模型的合理性与有效性。

超机动飞行的神经网络动态逆控制

根据反馈线性化理论 ,讨论了神经网络自适应非线性动态逆控制设计。首先根据时标分离的原则 ,采用动态逆方法设计了快回路和慢回路控制器 ;其次提出了基于模型逆的神经网络非线性直接自适应控制方案 ,其中设计一种在线神经网络用于补偿模型逆误差。仿真表明 ,该控制方案具有较好的自适应能力和鲁棒性。

基于L1自适应方法的超机动飞行控制律设计

提出了一种基于L1自适应的超机动飞行控制律设计方法;该方法将局部飞行包线内飞机模型参数的变化视为模型不确定性,将纵向与横、航向三轴间的交联耦合处理为外部干扰,通过L1自适应调整律与控制律,使系统跟踪误差快速渐进收敛于零,并确保系统鲁棒性,从而仅需一套L1自适应控制律即可实现局部包线范围内的大迎角超机动飞行控制,减少了控制律设计的工作量;针对自适应控制引起的高增益问题,采用低通滤波器消除控制信号中不期望的高频动态,对高频振荡进行有效抑制;超机动仿真结果表明:所设计的控制律具有良好的大迎角超机动飞行控制性能。

基于免疫粒子群优化的反演超机动飞行控制律

提出了一种基于免疫粒子群优化的CMAC反演超机动控制律设计方法。推导并建立了具有大迎角特性的飞机六自由度非线性模型并与发动机模型进行综合。对飞机非线性模型进行重新构建,利用反演方法,通过逐步迭代设计Lypaunov函数并采用CMAC神经网络逼近系统的不确定性形成虚拟的控制输入量,在实现超机动非线性飞行控制律设计的同时对模型不确定性进行自适应补偿。为了提高控制性能与设计效率,将免疫调节机制、粒子群算法与反演控制结合,对控制器参数进行优化设计,形成了基于免疫粒子群优化的反演超机动飞行控制律设计方法。超机动数字仿真结果表明:所设计的超机动飞行控制律能够实现大迎角控制,并具有优异的大迎角机动控制性能。

超机动飞行推进系统稳定性控制研究

研究了超机动飞行推进系统稳定性控制。为增强过失速机动飞行条件下发动机稳定性 ,提出了通过增加风扇压比控制回路的发动机稳定性控制方案 ,并给出稳定控制压比指令算法 ,在已建立的飞机和发动机非线性模型的基础上 ,进行了系统仿真。结果检验了稳定性控制概念的合理性。

约束反推自适应超机动飞行控制律设计

基于反推控制理论设计了超机动飞行控制律。考虑到飞机控制变量和状态在幅值、带宽和速度方面的限制,将命令滤波器引入到反推设计过程,简化了标准反推控制对虚拟控制信号求导的复杂计算,仿真结果表明,设计的控制律能控制飞机很好的跟踪过失速机动指令,当出现舵面饱和时,仍能保持参数自适应律收敛和系统稳定。

超机动飞行的鲁棒自适应神经网络动态面控制

针对超机动飞行过程中气动参数变化剧烈、控制精度高的特点,提出了一种基于神经网络的鲁棒自适应动态面控制方法.模型不确定性和外界干扰由RBF神经网络在线补偿,控制律由动态面控制方法得到,降低了反推控制器的复杂性,改进的神经网络权值调整自适应律改善了系统的过渡过程品质.利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统所有信号有界,系统跟踪误差和神经网络权值估计误差指数收敛到有界紧集内.对所设计的飞行控制系统进行了Herst机动仿真,结果验证了该系统在过失速机动条件下具有良好的控制性能.

超机动非线性自抗扰反演控制律设计

为提升建模不确定性下的超机动飞行控制性能,提出一种基于自抗扰反演的超机动非线性控制律设计方法.建立了具有大迎角特性的飞机六自由度非线性模型,通过由前至后递推的设计思想,逐步迭代设计Lypaunov函数与虚拟的控制输入量,实现强非线性飞机对象的控制.对建模不确定性给超机动控制性能带来的影响,将自抗扰控制方法中的扩张状态观测器与反演控制方法相结合,利用扩张状态观测器不依赖系统模型的特点,实时观测并补偿建模误差对飞行控制的影响.超机动数字仿真结果表明:所设计的超机动非线性控制律能够实现大迎角控制,在40%建模误差的影响下,迎角响应仍平滑稳定.基于自抗扰反演的超机动非线性控制方法具有优异的大迎角机动飞行控制性能.

超机动飞机飞行控制及大迎角飞行品质研究

超机动飞机行控制和大迎角飞行品质研究,对于强调超机动能力的第四代战斗机的飞行控制律设计、验证和试飞评定有着直要意义。以鸭式布局飞机为研究对象,应用推力矢量技术,结合奇异摄动原理和逆系统理论,设计了基于非线性动态逆理论的超机动飞行控制律。从过失速状态飞机空气动力的非线性和非定常迟滞效应、大气紊流等方面初步验证了控制律的鲁棒性,并通过目标截获和跟踪任务的模拟,利用库珀—哈珀评定准则,对飞机的大迎角飞行品质进行了简要地分析。研究结果表明:设计的控制作对滞环和大气紊流的影响有较好的鲁棒性;飞机具有良好的大迎角截获和跟踪能力。研究结果可为超机动控制律设计与试飞验证提供一定的理论方法参考。

超机动飞行快回路的自适应模糊滑模控制

针对超机动飞行快回路的不确定非线性模型,提出了一种利用自适应模糊滑模控制器算法。在所得的最终控制信号中,采用模糊逻辑系统来逼近未知系统函数和开关项;所设计的鲁棒自适应律用来减小逼近误差,从而有效降低抖振。仿真结果表明,所设计的控制律能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,确保系统具有良好的动态和稳态性能,而且控制器具有很强的鲁棒性。

超机动性技术及其战术优势探讨

随着对新型战机机动性要求的提高及飞机在大迎角下过失速状态的深入研究,提出了新型战机的超机动性技术。首先对超机动性的技术内涵、判断准则做简要介绍,然后对现代近距空战中,战机采用超机动性技术可能取得的战术优势及可能存在的一些问题进行了分析探讨。