基于MPL-CS自适应反步法的过失速机动控制

超机动能力仍是未来飞机的重要性能指标,而过失速机动控制的效果将成为决定近距空战胜负的关键。本文提出了一种基于最小参数学习和布谷鸟搜索(MPL-CS)的自适应反步法的过失速机动控制方法,以解决先进布局飞机过失速机动中严重的非线性、耦合性和迟滞性等导致的鲁棒性差和控制精度低等问题。首先,基于一套完整的先进布局飞机缩比模型大振幅振荡风洞试验数据,在给定的建模精度目标下,通过改进极限学习机(ELM)方法,建立了大迎角下先进布局飞行器精确的非定常气动模型。其次,设计了一种基于MPL的自适应反步法,以减少需要优化的参数数量。在不确定性和模型扰动的影响下,结合串接链分配方法完成了分配设计。基于CS方法对MPL下自适应反步控制律的关键参数进行了优化。最后,经典的眼镜蛇机动仿真结果表明,该方法的控制精度高于传统的基于MPL的自适应反步方法,且充分考虑了工程的实际需求,控制精度高、鲁棒性强。该方法为未来先进布局飞机的过失速机动控制提供了理论支撑和技术路径。

持续载荷飞行模拟器过失速机动过载模拟

对新型的持续载荷飞行模拟器(SGFS,Sustained G-load Flight Simulator)模拟过失速机动过载的方法进行了研究.针对过失速机动中飞机角运动剧烈的特点,推导了考虑飞机转动带来的附加过载的飞机飞行员过载计算公式.在SGFS过载模拟数学模型中应用此公式,以典型的过失速机动动作.Herbst机动为例,对机动时的飞行员过载进行了仿真研究.仿真中SGFS能够较精确地跟踪输入的飞行员三轴过载指令,最大误差小于0.2g.研究结果表明:过失速机动时飞机转动引起的附加过载不可忽略,同时也表明SGFS可较好地用于对过失速机动飞行员过载的模拟.

先进战斗机过失速机动模型飞行试验技术

具有过失速机动能力的战斗机在近距空战中能够取得快速占位、先敌瞄准、有效规避攻击的战术优势,是先进战斗机的标志性性能要求。模型飞行试验技术作为空气动力学研究三大手段之一,在解决飞行器技术难题、实现技术创新方面发挥了重要作用。本文介绍了中国空气动力研究与发展中心利用带动力自主控制模型飞行试验平台发展的过失速机动模型飞行试验技术,以及开展的先进战斗机构型典型过失速机动模型飞行试验,分述了在大迎角非定常气动建模、宽量程气流系参数测量、大迎角非线性控制、推力矢量控制、大迎角非定常气动参数辨识方面的研究工作与解决这些关键问题的技术途径。通过此项研究,在国内首次实现了先进战斗机构型缩比模型典型过失速机动飞行,相关研究成果可为先进战斗机实现过失速机动飞行能力提供有力的技术支撑。

推力矢量控制与飞机过失速机动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段。针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法在飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性分为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态变量控制律的设计是利用快状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的操纵权限分配进行了探讨。“Cobra”和“Herbst”两个过失速机动的实现证明该设计方法和仿真方法是成功的。

动态面过失速机动飞行控制律的设计

提出了一种基于B-spline网络和动态面控制方法的过失速机动飞行控制律设计方法。针对飞机气动力和力矩的非线性和不确定性,引入具有学习和记忆功能的B-spline网络,自适应逼近飞机的气动力和力矩,加快参数收敛速度,改善系统的过渡过程性能。动态面飞行控制律消除了Backstepping设计方法中由于对虚拟控制反复求导而导致的复杂性问题。基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的所有信号半全局一致毕竟有界,并且通过适当选择设计参数,跟踪误差可收敛到原点的一个小邻域内。大迎角过失速机动飞行的数值仿真验证了方法的有效性。

过失速机动对抗战法研究

对过失速机动进行仿真建模,并以Herbst机动为例,进行了数值仿真。根据仿真结果,分析了过失速机动存在的弱点,并研究了常规战斗机对抗过失速机动的战法,包括一对一压制摆脱、双机及多机编队攻击等环境下的战法。结果表明,在充分了解过失速机动弱点的基础上,通过合理的战法,用常规战斗机进行对抗仍能获得攻击或逃逸机会。

面向过失速机动的风洞动态试验相似准则探讨

为进行更加准确的风洞试验,讨论了针对过失速机动的风洞动态试验的相似准则问题。从六自由度运动方程推导出了进行动态风洞试验需要满足的运动相似参数;从N-S方程中得到满足流动相似的相似参数。针对不同类型的风洞动态试验,提出了具体对应的相似参数作为主要的模拟量。得到的结论可以为风洞动态试验参数选择提供参考。

模糊逻辑控制在过失速机动飞行中的应用

首先建立了进行过失速机动时飞机的动力学数学模型 ,并在分析了模糊数学和模糊逻辑控制特点的基础上 ,设计了模糊逻辑控制器 ( FLC)应用于 2种典型的过失速机动 ( 70°迎角定常飞行和眼镜蛇机动 )的数字仿真。结果表明 ,采用模糊逻辑控制器 ,调整模糊控制器中有关参数或采用带修正因子的模糊控制器 ,能够使得飞机在更短的时间内完成过失速机动 ,同时改善了飞机的动态品质。

三种典型过失速机动的仿真

从飞机的六自由度运动方程出发， 结合推力矢量控制系统， 进行三种典型过失速机动 （ “眼镜蛇”， 尾冲， Ｈｅｒｂｓｔ 机动） 的数值仿真， 主要研究了每一种机动的操纵规律； 失速迎角后大迎角不对称气动力和力矩及气动迟滞对完成过失速机动的影响； 推力矢量在实现过失速机动中所起到的作用。此外， 对不同初始飞行状态也给予了讨论。仿真结果表明： 推力矢量是实现过失速机动的有效手段； 在设计操纵规律时， 应予以充分考虑到不对称气动力矩的影响； 气动迟滞、进入速度对过失速机动的影响也不容忽视。

推力矢量飞机控制律设计及过失速机动仿真研究

利用四元数法建立了带推力矢量的战斗机全量运动方程,依据逆系统理论对推力矢量飞机进行了适用于过失速机动和超敏捷性研究的控制系统设计。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性分成快慢不同的两组状态变量分别进行设计,并采用伪逆法解决了舵面分配问题。利用该控制系统对"眼镜蛇"飞机机动进行了仿真计算,结果表明该设计方法是可行的。

过失速机动飞机的鲁棒非线性控制律设计

采用非线性动态逆和结构奇异值综合方法设计了过失速飞行条件下飞控系统控制律 ,解决了飞控设计中面临的非线性和鲁棒性问题。应用非线性动态逆的目的就是对过失速机动飞行条件下高度非线性的飞机动力学进行线化 ;从而围绕线性的快逆回路应用结构奇异值综合方法设计相应的鲁棒控制器 ,以提供对驾驶员指令的鲁棒跟踪。所设计的飞控系统将达到期望的飞行品质 ,确保系统对过失速机动飞行过程中因非定常气动力效应引起的系统参数摄动鲁棒性良好。高逼真度。

过失速机动的优化

基于飞机质点非线性动力学模型建立了过失速机动的优化模型 ,并进行了数值优化 ,其中用罚函数处理约束条件 ,用共轭梯度法寻优。计算结果表明 ,近距空战中 ,进入超大迎角并绕速度矢滚转有利于飞机快速改变航向 ,过失速机动中应注意能量耗散问题。

非定常自由来流对飞机过失速机动特性的影响研究

在南航非定常风洞内,对三角翼模型在定常和非定常自由来流中做俯仰运动的动态气动特性进行了实验研究。利用模糊逻辑建模方法,对实验获得的非定常气动力数据进行了建模,并将非定常气动力模型应用于过失速机动中70°迎角定直飞行的仿真计算,分析了含自由来流非定常变化影响的非定常气动力数据对过失速机动飞行特性产生的影响。研究表明,考虑自由来流非定常变化的非定常气动力对飞机飞行过程中运动参数的变化和控制律设计都产生较大影响。因此在新一代战斗机的设计、研制中,深入研究飞机的非定常气动特性是十分必要的。

飞机过失速机动仿真及对拦截弹跟踪的影响分析

为了分析飞机过失速机动对拦截导弹带来的挑战,对飞机过失速机动进行了仿真,分析了过失速机动对导弹导引头跟踪的影响。指出"Herbst"机动运动参数变化剧烈,基于匀速直线运动假设来估计飞机位置和速度必将带来较大的误差;当弹目相对距离较小且相对速度较大时,飞机做过失速机动运动,导引头容易丢失目标,通过导引头滤波算法的改进可提高导弹抗目标过失速机动的跟踪能力。

过失速机动气动模型的试飞验证方法研究

介绍了现代飞机过失速机动的大迎角气动模型的特点和描述方法,结合某型飞机大迎角非定常气动力模型和推力矢量控制模型,分析了大迎角非定常、非线性气动力模型的飞行验证方法,并进行了地面模拟验证,为我国新一代飞机过失速机动大迎角模型验证飞行试验方法的研究和模拟试验技术的研究提供了依据。

模糊神经网络在过失速机动飞行中的应用

模糊逻辑控制技术和神经网络有机的结合 ,拓宽了模糊逻辑方法和神经网络方法的适用领域。利用神经网络具有自学习能力的优势 ,采用反向传播学习算法 ,通过对传统模糊逻辑控制器中的模糊逻辑控制规则和隶属函数有关参数进行训练学习 ,设计了模糊神经网络控制器 ,应用于飞机的过失速机动“里程碑”之一—— 70°迎角定常飞行仿真计算 ,获得了令人满意的结果。

先进战斗机过失速机动飞行航迹优化

过失速机动是先进战斗机的重要性能,飞行航迹优化是过失速机动中需要解决的关键问题。基于先进战斗机非线性动力学模型建立了过失速机动的优化模型;应用哈密顿函数构建了优化指标函数,并求解了相应的约束方程;提出了最速下降法和Newton法相结合的新算法对梯度下降法进行了改进,加快了寻优算法的收敛速度;选取了典型的Herbst机动具体分析了先进战斗机过失速机动的飞行航迹优化问题。最后,通过数字仿真验证了航迹优化算法的可行性和有效性。

基于过失速机动动力学的控制方法

为设计过失速大机动飞行控制律 ,按飞行的逆稳态模型考虑非线性因素的影响 ,同时对于陀螺、惯性耦合效应及重力影响进行补偿 ,并直接根据飞行品质要求按隐式模型跟踪法设计反馈控制器。初步设计实例证明 ,这种方法适应于过失速机动动力学特点 ,能够获得发挥飞机操纵潜能、较好地控制飞机实现过失速机动、具有满意飞行品质的控制解 ,并且控制结构易于工程实现。算例还表明 ,即使不加装先进的过失速操纵装置 ,通过对飞行控制律的改进可以进一步发挥飞机本身的气动潜力 。

敏捷性、过失速机动、飞行品质和推力矢量控制新进展

综述并讨论了战斗机敏捷性、过失速机动、飞行品质和推力矢量研究进展和它们之间的内在联系。现今研究表明，积极开展敏捷性应用研究，探索敏捷性、过失速机动、飞行品质和推力矢量控制之间内在联系，建立合理的过失速机动模型和合适的过失速机动控制方法，仍是至今最为感兴趣的研究课题。使敏捷性和过失速机动要求贯穿于整个飞机设计过程，使飞机设计师在初始设计阶段就能考虑到敏捷性和过失速机动要求，是敏捷性和过失速机动理论研究极力追求的目标。

基于非线性规划方法的过失速机动轨迹优化

发展了一种约束最优控制问题的处理方法,通过引入增广变量,将过程约束转化为终端约束。基于三自由度模型,以迎角、绕速度矢量滚转角和发动机油门系数为优化变量,针对相同的初始条件和两种不同的终端约束,应用文中的方法设计了某战斗机的Herbst机动轨迹,并进行了比较分析。结果表明,该方法快速有效,可以推广应用到机动动作库设计。