飞机舵机电动加载系统的非线性干扰抑制方法

飞机舵机电动加载系统是一个复杂的非线性机电控制系统,在运行过程中会产生多余力矩、摩擦、机械间隙等非线性干扰;针对以上问题,介绍了系统的硬件结构和工作原理,建立了系统的数学模型;在此基础上分析了非线性干扰的产生机理和工作特性,并根据加载系统领域非线性干扰抑制方法的研究,从结构与控制的两个方面进行归纳分类,进行性能对比以及适用性分析;针对多余力矩抑制的问题,提出了模型预测控制方案对其进行补偿,实验结果表明可以较准确地跟踪指令力矩,误差率小于1.93%,多余力矩的消除率达到95.86%;证明了所提出的方案的有效性,能够改善多余力矩的抑制能力,提高系统跟踪精度。

Optimal Preview Control for Automatic Carrier Landing System of Carrier-Based Aircraft with Air Wake

Carrier-based aircraft carrier landing is a special kind of tracking control problem and not suitable for classical control methods,which may miss the desired performance or result in overdesign.Therefore,we present an optimal preview control for automatic carrier landing system(ACLS)by using state information of system,as well as future reference information,which can avoid the shortcomings of classical control methods.Since the flight performance of carrier-based aircraft is disturbed by air wake when the aircraft flies near the area of carrier stern,we design a disturbance rejection strategy to ensure that aircraft track the glide path with high precision and robustness.Further,carrier-based aircraft is a complex nonlinear system.However,the nonlinear model of carrier-based aircraft can be linearized at equilibrium landing state and decoupled into the longitudinal model and the lateral model.Therefore,an optimal preview control system is designed.The simulation results of a carrier-based aircraft show that the optimal preview control system can effectively suppress air wake.Tracking accuracy of optimal preview controller is higher than that of the proportional integral differential(PID)control system.

倾转旋翼机过渡段动态最优控制技术研究

针对倾转旋翼机的最优过渡问题,采用动态最优控制来减小过渡时间、姿态角变化以及缓解驾驶员工作负荷。在飞行动力学模型的基础上引入操纵方程,通过引入操纵量方程来缓解操纵量的跳变;随后将飞行器的最优动态倾转过渡过程转变成非线性动态最优控制问题,引入合理的性能指标,基于序列二次规划算法进行求解;最终以XV-15为例,分析系统各个通道抗风扰能力以及进行全航线飞行仿真。实验结果表明,所设计的过渡段最优控制在倾转旋翼机的各个通道抗风扰性能突出,系统鲁棒性较好,具有较好的实际应用价值。

准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学建模

结合有限元思想和拉格朗日方程推导了准坐标系下的弹性飞行器飞行动力学模型,与通常采用的平均轴系建模方法相比,该方法克服了变量难在相同坐标系下表示等缺点,而且该模型包含了自由度之间所有的耦合,能够更充分的反映刚性自由度与弹性自由度间的交叉耦合特性,更全面的从本质上体现飞行器结构动力学、空气动力学以及飞行动力学这种多学科之间相互影响的非线性飞行动力学特性。该动力学模型可用于弹性飞行器非线性稳定性分析、弹性飞行器飞行动力学与控制理论分析等。

基于NARX神经网络航空发动机参数动态辨识模型

针对航空发动机参数非线性动态特性,提出一种基于外部输入非线性自回归(NARX)神经网络的发动机参数动态辨识模型。主要思路是根据NARX网络的非线性时序预测特性,结合发动机参数的稳态和动态参数,提出一种基于偏稳态差值预测的NARX参数动态模型结构。设计了SP-P辨识结构,整定了模型内部结构参数并建立N1(低压转子转速)、N2(高压转子转速)、EGT(涡轮后排气温度)参数非线性差分预测模型。最后依据某发动机试车样本,对推杆加减速时N1、N2、EGT动态辨模型进行仿真。仿真结果表明,N2相对误差小于0.2%,N1相对误差小于0.3%,EGT相对误差小于1℃,满足发动机试车仿真需要。最后,将所建模型应用于某A320机务维修训练器的发动机仿真系统。

近空间高超声速飞行器对控制科学的挑战

本文分别从6个方面讨论高超声速飞行器对控制科学带来的挑战:1)高超声速飞行器强耦合特征,解耦与耦合协调控制的区别与联系;2)高超声速飞行器异类多作动器的协调配合,以及冗余控制输入和一体化设计带来的控制科学问题;3)流体力学与控制的结合,面向控制的建模理论与方法;4)高超声速飞行器中相关的经典非线性、时变、优化与变分问题;5)高超声速飞行器控制过程中的飞行分段与问题分解;6)重视计算机的作用,有效结合计算机仿真解决工程问题.从高超声速飞行器实际需求出发提炼问题并加以解决,不仅对飞行器本身非常重要,而且会推动控制科学的发展.

飞机结冰后非线性气动力建模及动态响应特性研究

当前结冰后的动力学仿真主要基于线性气动力模型及结冰影响模型进行,对于结冰后非线性气动力模型的研究较少,然而这对于飞机结冰后在大迎角等非线性区域的动力学分析极为重要。研究了飞机结冰后的非线性气动力模型,将结冰后线性气动力模型的估算方法扩展到非线性气动力模型上,并在结冰后大迎角区域风洞试验数据的基础之上,对失速及过失速区的气动参数变化进行修正。研究了飞机在不同升降舵脉冲信号作用下的动态响应。仿真结果表明,计算结果能够较好地反映飞机在结冰状态下的动力学特性,提出的非线性结冰影响模型能够为结冰条件下研究飞机失速及过失速区域的动力学特性提供理论支撑。

非线性结构自适应模型逆飞行控制律设计研究

文章结合自适应控制、模型参考控制和动态逆控制理论提出了结构自适应模型逆非线性控制系统,设计了飞行控制器。通过李亚普诺夫稳定性定理推导了自适应规律,保证了闭环系统的稳定性。仿真表明该方法对模型参数不准确和外界干扰具有很好的自适应能力,能够满足飞机在过失速机动条件下的控制指令跟踪,且系统具有良好的控制性能及鲁棒性。

FDI飞机舵面损伤故障全局检测的非线性数学模型

阐述了飞机在单舵面损伤故障下 ,建立故障状态下的数学模型 ,以及同样输入条件下飞机正常运动时的数学模型 ,得到飞机在相同飞行条件下损伤时的气动系数和无损伤正常时的气动系数 ,最终得到气动系数的残差。这将为以后飞机过载残差和角加速度残差奠定基础。论文中结合一定的算例给予证实推论的正确性。

一种应用非线性技术减少航空发动机切换频率的方法

提出了一种基于单转子航空发动机模型的切换控制实现方法,该方法可减少模型之间的切换次数。该方法首先应用Lyapunov方法,在保证非线性系统稳定的前提下,选择合适的控制参数,完成基于非线性模型的加速控制。然后在两同样的工作点之间,实现基于加速计划的切换控制。仿真结果表明:基于非线性模型的加速控制方法所得到的性能优于基于加速计划的切换控制方法。同时,前者仅用一个非线性模型,避免了基于加速计划控制方法中的模型切换问题,从而验证了基于非线性模型的加速控制设计方法可减少模型之间切换次数的正确性。

神经网络及其在飞行器建模与控制中的应用

综述了近年来人工神经网络在飞行器系统建模与控制中的应用研究概况。首先给出了在系统建模与控制中的几种常用神经网络模型及其学习算法；进而介绍了人工神经网络在系统建模与控制、尤其是在飞行器建模、控制与故障分析中的应用现状；最后，就人工神经网络在解决飞行器非线性系统建模、智能控制和飞行故障分析方面的发展前景进行了讨论。

考虑雷诺数、湿度等影响因素的涡扇发动机小偏差模型

建立了一个考虑雷诺数、湿度等影响因素的涡扇发动机小偏差模型。通过分析 ,得到了雷诺数、湿度对涡扇发动机特性的影响系数及影响系数矩阵。以涡扇发动机为例进行计算 ,结果表明 :该模型可以定量。

多维比例微分非线性飞行员模型及仿真应用

为更好地仿真研究飞行员事故避免能力和人-机闭环系统的驾驶员诱发震荡(PIO, Pilot Induced Oscillation)特性,提出将飞行员模型按"生理-心理-生理"统一分解为"输入(信号)、处理(决策)、输出(动作)"三个模块,并提出一种新型多维比例微分型非线性飞行员模型(MPDNLPM,Multi-Dimension Proportion-Differential Nonlinear Pilot Model)。结合某机着舰backside跟踪控制状态下动力学模型进行了仿真研究。结果表明:人-机闭环系统控制效果略优于理想P控制;成熟飞行员仍可出现PIO;恰当的预估、及时的响应和合理的操纵增益控制是防止PIO和事故的三项关键能力;提出的模块化分解方法合理、有效;MPDNLPM可揭示人-机系统的内在规律。

基于改进粒子滤波的飞机起落架损伤识别研究

针对飞机起落架损伤识别问题,提出了一种识别起落架损伤的改进粒子滤波方法。首先,建立了飞机起落架动力学模型,分析起落架损伤的危险点,得到其应力响应信号;然后,采用核平滑技术和快速高斯采样法,实现非线性系统中状态与参数估计,解决了粒子滤波重采样过程中的参数粒子枯竭现象,增加了该方法运行的实时性。实验信号分析结果表明,改进粒子滤波方法能准确识别飞机起落架危险点损伤,识别精度优于传统粒子滤波方法。

起落架作动筒脉冲试验设备分析与试验

压力脉冲试验设备是一个复杂的非线性系统,其控制方法研究与传统的线性系统有很大不同,对其分析研究的难点主要集中在整个系统的物理实现以及复杂管路系统数学模型的建立上。先分析了整个试验系统的组成和原理,详细研究了非恒定流体的基本方程,然后进行的静态设计为后面的动态仿真提供了参数依据。采用特征线法建立了系统数学模型,运用模型分析了脉冲试验设备压力的瞬态过程,通过仿真试验重点对水锤波波形的影响因素进行分析,从而明确各因素对水锤波波形的影响。最后,通过对该试验主要的被试件——起落架收放作动筒关键参数的不同组合进行试验,验证了模型以及仿真分析的正确性,确保了脉冲试验的顺利完成。

一类无尾式飞行器线性变参数建模

基于线性变参数系统的变增益控制克服了传统变增益的缺点,其关键所在就是系统非线性模型向线性变参数模型的转化;讨论了目前广泛应用的三种线性变参数建模方法,并分析了它们各自的缺点,同时,在此基础上对其中的一种方法进行改进,最后利用该方法对一类无尾式飞行器进行了线性变参数建模;仿真结果及其性能评估结论表明,改进方法较之原方法在性能评测上效果提高了十倍,同时仿真结果也显示误差在允许范围之内,得到了满意的结果。

飞机液压系统压力检测仪的SVM建模研究

针对飞机液压系统检测仪建模中,待测压力和检测仪输出电信号间存在较强的非线性关系,使用最小二乘法需预先确定模型结构,给实用造成一定困难的问题,采用支持向量机强大的非线性回归功能,以标准液压源提供的压力输入及检测设备的电信号输出作为支持向量机的学习样本对,完成支持向量机的训练,得到液压检测仪的数学模型.实际液压系统实验结果表明,该方法能建立准确的输入输出关系,具有较好的实用价值.

无模型自适应控制在飞机防滑刹车中的应用

针对飞机防滑刹车系统的复杂性和非线性,在分析滑移率控制式飞机防滑刹车系统的工作原理基础上,提出了一种基于无模型自适应控制的飞机防滑刹车控制算法;该算法无需精确的动力学模型,直接利用输入输出信息实现飞机防滑刹车的最佳滑移率控制;仿真结果表明:采用无模自适应防滑刹车控制算法,在5s之内就能获得稳定的滑移率,为提高飞机刹车的效率提供了一条新的思路。

基于流场感知的小型飞行器姿态控制

小型飞行器由于外形尺寸等限制很难实现理想的姿态控制,而自然界中的鸟类却可以完成高质量的飞行,原因是它们能够获得自身周围的气流信息。受这些自然现象的启发,设计了一个基于流场感知的小型飞行器姿态控制系统。通过流场感知的气流信息(压力和剪应力)可以计算出气动力和力矩。建立了一种小型飞行器的非线性三轴姿态动力学模型,将力矩信息引入姿态运动,然后利用非线性模型预测控制来设计姿态控制器。与传统的控制方法相比,这种新型控制方法不需要从气动实验获得的先验信息,所用的参数都是由在线测量得到的数据计算得出的,因此能及时感知外界环境变化并减少响应时间。仿真结果表明,该控制方法可以提高小型飞行器在复杂流场环境下姿态控制系统的性能。

四旋翼无人飞行器控制算法设计

针对Qball-X4四旋翼无人飞行器的自身特点,建立系统的非线性模型,采用姿态内环和位置外环的双闭环控制算法。线性二次型调节器(LQR)可以快速简便地求解出最优的状态反馈控制率,并且具有良好的鲁棒性,因而利用LQR控制算法来控制姿态内环。由于PID控制算法结构简单、鲁棒性强,因而控制位置外环。通过Matlab/Simulink和飞行试验对控制算法进行仿真和验证,结果表明,设计的控制算法能成功地实现飞行器的悬停控制,并达到较好的控制效果。