LQG控制理论在阵风载荷减缓系统中的应用

针对D ryden频谱函数,通过有理谱成形理论,建立了阵风的线性化模型。明确了阵风对飞机的扰动机理后,以某型飞机为对象,建立了包括阵风过程、舵机系统和飞机模型的纵向动力学増广模型。以该增广模型为设计对象,应用LQG控制理论,设计了阵风载荷减缓系统。仿真结果表明,该系统能有效减缓阵风对飞行过载的影响。

阵风载荷减缓系统LQG/LTR多变量控制器设计

给出了阵风载荷减缓系统LQG/LTR多变量控制器设计方法,以某大型运输机为对象,设计了阵风载荷减缓系统控制器。根据系统回差矩阵的最小奇异值理论和通用相角、幅值裕度估算图,给出了系统两个通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度。仿真结果表明,该控制器能有效减缓阵风引起的飞机法向过载,其鲁棒性满足通用规范GJB185-86的要求。

基于直接升力控制的阵风载荷减缓系统研究

飞机受到垂直阵风的影响会产生不希望的法向过载。采用了安装直接升力操纵舵面并设计解耦控制器的方案,通过产生的直接升力来减缓阵风引起的载荷。仿真结果表明,该方案有效可行,乘坐品质也得到了相应的改善。

二维翼段阵风载荷减缓主动控制

针对二维翼段阵风载荷减缓主动控制,设计了阵风发生器,以在垂直来流方向产生稳定的简谐流场。设计了次最优控制器,并考虑沉浮、俯仰方向的阻尼不确定因素以及超声电机建模时存在的误差,设计了H_∞控制器。数值仿真与风洞实验表明:两种控制器均能对二维翼段阵风载荷起到减缓的作用。通过对比两种控制器的阵风载荷减缓效率发现:虽然在数值仿真中次最优控制器比H_∞控制器具有更好的减缓效果,但风洞实验中H_∞控制器的减缓效果更好,且实验结果与仿真结果更加吻合。

基于干扰观测器的二元机翼颤振抑制及阵风载荷减缓方法研究

针对大展弦比柔性飞机在飞行过程中面临的两类气动弹性问题:颤振抑制与阵风载荷减缓开展研究。首先,建立以飞行速度为时变参数的柔性二元机翼结构动力学模型。其次,提出了基于鲁棒预测控制方法的变参数柔性机翼颤振抑制;同时,引入干扰观测器对阵风扰动进行观测,以干扰估计作为抗干扰控制输入,实现阵风载荷减缓。然后,根据对偶原理,将控制器与观测器独立设计。运用极点配置方法,设计了离散系统干扰观测器。根据Lyapunov理论将变参数系统的鲁棒镇定与颤振抑制问题转换为极大/极小动态规划问题。通过线性矩阵不等式方法求解出相应的预测控制律,并证明了整个闭环系统的稳定性。最后,以某型柔性变参数二元机翼对象为例,进行仿真。结果表明,设计的鲁棒预测控制器可提高约20%的临界颤振速度,且阵风载荷减缓率达到90%。

阵风载荷减缓技术的研究

本文在综合国内外有关阵风载荷减缓各种控制方案的基础上，结合我国的实际情况，提出了以副翼作为附加面的直接升力操纵的阵风载荷减缓的控制方案。同时，在分析研究阵风载荷减缓系统的结构与组成的基础上，以国产某民机为例，建立了系统的数学模型，进行了以副翼作为附加面的直接升力操纵的阵风载荷减缓系统控制律的设计，并进行了计算机仿真，仿真结果表明该方案对于抑制引起法向过载了阵风干扰具有良好的效果，从而验证了该方案的可行性。

基于系统非线性因素的阵风载荷减缓技术研究

随着大型客机电传飞控的引入,系统非线性问题逐渐突显;对于阵风载荷减缓系统而言,非线性因素往往会严重影响阵风减缓效果;采用有限元和偶极子网格方法建立气动弹性模型,并分析其实际工程中主要的系统非线性因素,包括饱和、速率限制与延迟;其次,根据机载设备探测的阵风信息,以翼尖加速度、翼根剪力和弯矩作为阵风减缓指标,设计了阵风预测以及自适应前馈控制方案,从而弥补传统反馈控制中的不足性;最后,针对3种系统要求指标,分别与传统反馈控制进行减缓效率的对比分析;研究结果表明,系统的非线性因素对阵风减缓效果具有重大影响,且利用前方阵风探测信息设计的自适应前馈控制方案具备更好的阵风减缓效果。

基于前视突风探测信息的飞机载荷减缓控制

突风载荷减缓是改善飞机飞行性能的一项关键技术。基于紊流探测器获得的飞机前方突风速度信息,以翼根剪力、弯矩和翼尖加速度响应为减缓指标,建立了计入控制面偏转角度和偏转速率约束的突风载荷模型预测控制方法,设计了模型预测控制器,进行了闭环系统仿真,并与参考(PID)控制作了对比。仿真结果表明,模型预测控制能够有效抑制突风载荷。

滤波器群时延对二元翼段阵风减缓的影响

针对二元翼段阵风载荷减缓主动控制系统,研究了数字滤波器群时延对阵风减缓效率的影响。首先建立了气动弹性模型,并将时滞系统转化为等价的无时滞系统。随后设计了阵风发生器、数字滤波器及时滞线性二次型(Linearquadratic,LQ)控制器等组成控制系统。最后对系统进行数值仿真并开展风洞实验加以验证。研究发现,当滤波器群时延量较小时可以改善控制系统性能,提高阵风载荷减缓效率,但随着滤波器群时延量增大,阵风载荷减缓效率降低甚至出现控制器失效的情况。

弹性机翼阵风响应和载荷减缓与风洞试验验证

针对弹性机翼风洞模型,采用经典控制理论设计能够同时减缓翼尖加速度(WTA)和翼根弯矩(WRBM)的阵风减缓控制律。试验在航天空气动力技术研究院FD-09低速风洞进行。风洞试验段尺寸为3m×3m。理论和试验结果均表明,当来流速度为14m/s时,针对频率为2Hz―3Hz的阵风,阵风减缓控制律可使WTA和WRBM分别减小25%―35%和30%―40%。当来流速度为10m/s―16m/s时,针对频率为2Hz的阵风,阵风减缓控制律使WTA和WRBM分别减小27%―34%和30%―40%。本算例中控制律在低频段对WTA的减缓效果直接影响该控制律对WRBM的减缓效果。结构有限元模型与真实模型存在工程允许的误差使得理论与试验结果存在一定的误差。相关工作对工程实际中采用阵风减缓技术具有参考价值。

飞机机翼结构变形量测量装置

为减缓阵风或紊流对飞机的扰动,提高飞行控制精度,设计了一种基于微机电加速度计实时测量机翼弹性变形量的测量装置。对测量原理进行了介绍,给出了系统的硬件设计方法和软件流程。该装置的采样频率为200 Hz,能够同时完成12路加速度信号的采样和数据实时存储。结果表明测量弯曲角度误差在0.8°以内,满足阵风载荷减缓主动控制系统的使用要求,验证了设计的合理性。

民用客机乘坐品质控制技术分析

现代民用客机普遍采用电传操纵系统,通常具有多项主动控制功能,包括乘坐品质控制和阵风载荷减缓等。乘坐品质控制主要用于改善飞机的乘坐品质,而阵风载荷减缓则主要在于减轻飞机的载荷。首先,对比乘坐品质控制和阵风载荷减缓这两种主动控制技术,从纵向和侧向两个方向展开,分析它们的控制目标和基本机理,探究其中的共同点和不同点;其次,列举成熟使用这些主动控制技术的商业运营客机;最后,提出窄体民用客机乘坐品质控制方面的一些问题。