基于事件触发采样的无尾翼飞机自适应容错姿态控制

针对具有通信带宽受限的无尾翼飞机姿态跟踪控制问题,考虑模型不确定、外部扰动及执行器故障的影响,提出一种基于事件触发采样与自适应的容错姿态控制方法。首先,在无尾翼飞机六自由度动力学与运动学模型基础上建立了面向控制的姿态控制模型。通过引入事件触发机制成功降低了控制器与执行器通道之间通信频率,缓解了总线的通信压力同时避免了Zeno现象的发生。然后,通过自适应的有界估计成功补偿了执行器故障及事件触发引起的采样误差的影响。最后,基于Lyapunov稳定性分析证明了所提出的控制方法能够保证系统所有信号一致最终有界。数值仿真结果表明,所提出的控制方法能够有效降低控制器的更新频率,同时实现无尾翼飞机姿态对于控制指令的跟踪。

超声速无尾飞行器最小阻力增量控制分配方法

针对超声速无尾飞行器操纵面冗余度高、舵效非线性强、超声速巡航阻力大的问题,提出了一种最小阻力增量控制分配方法。在增量非线性控制分配框架下对超声速无尾飞行器的控制分配问题进行重构,然后在操纵面幅值与速率约束下,构建增量形式“分配精度-阻力”混合优化目标,并使用有效集二次规划求解,形成了一套完整的最小阻力控制分配方法。在超声速巡航条件下进行仿真,结果表明该方法可有效分配虚拟控制指令,减小飞行阻力。

基于改进涡格法的飞翼布局飞机稳定性导数计算

由于没有垂直安定面,无尾飞翼布局飞机航向安定性通常接近中立或略微为负,造成了其横航向稳定性与常规布局飞机具有很大区别。因此无尾飞翼布局飞机在概念设计阶段,必须在进行气动性能优化的同时,计算获得较为准确的气动导数数据以对飞机横航向稳定性进行分析,这对气动计算软件计算精度和效率提出了很高的要求。本文在现有涡格法计算软件的基础上,提出了改进算法。以一概念飞翼布局飞机为算例进行计算,结果与风洞实验结果的对比证明:飞机具有侧滑角的情况下,改进算法比原算法计算精度有明显提高。

飞翼飞机稳定性与操纵性研究

以某飞翼飞机为例,讨论了典型飞翼飞机的基本操稳特性和动态特性。并对飞翼布局飞机和常规布局飞机的主要气动导数作了对比研究,简要说明了二者在操稳特性上的不同之处及其产生的原因,为控制增稳系统的设计提供了依据。

阻力方向舵在无尾飞机飞行控制中的应用

阻力方向舵在无尾飞机上得到广泛的应用。以一种无尾飞机为例,讨论了阻力方向舵舵效的非线性、耦合性等基本特性,并说明了阻力方向舵张开后对飞机整体的影响。给出了阻力方向舵在无尾飞机航向增稳、空速控制、作为复合舵使用三个方面的应用实例和仿真结果,说明了阻力方向舵在无尾飞机飞行控制应用中存在的一些问题及其解决方法。

基于无尾飞机横侧向控制律参数优化设计的一种方法

详细研究了无尾飞机横侧向系统的稳定性,并针对该无人机横侧向控制系统,运用经典的控制方法,通过优化而自动调节控制律参数的一种时域方法设计控制律,优化算法采用序列二次规划方法。仿真结果表明运用该方法所设计出的控制律结果满足飞行品质要求,提高了传统的人工调节控制器参数的效率,同时该方法也可以用于其它被控对象的控制律设计。

智能蒙皮飞行器的飞行控制研究

将嵌入大量微致动器元件的智能蒙皮应用于飞行器,以增强或替代传统的控制面来产生控制力矩,使飞行器稳定并能进行机动飞行。以无尾飞行器为例,推导了其动力学模型,并设计了状态反馈控制器。仿真结果表明,所讨论的智能蒙皮对机动要求不大的无尾飞行器具有足够的控制能力。

W型无尾飞机的操纵机理与稳定特性研究

W型无尾飞机基于前掠翼及翼身融合的一体化设计,取消了平尾和垂尾,可大幅降低雷达反射截面积,减轻结构重量;同时具有亚声速气动效率高、横航向操纵面效率高的优势。根据该构型的特点,配置设计了新型的多操纵面,并研究了其新的操纵机理。在此基础上,计算分析了这一新布局飞机特殊的三轴稳定特性,研究表明,W型无尾飞机的纵向阻尼不足,纵向短周期和长周期模态分别仅满足Ⅲ级和Ⅱ级飞行品质;横航向都是静不稳定的,动稳定性表征为滚转模态的发散和荷兰滚模态稳定,并分析了其可能的物理成因。最后研究了横航向静稳定性导数对W型无尾飞机横航向稳定边界的影响。研究方法和结果对于新布局飞机初步设计具有重要参考价值。

基于LMI的不确定性无尾飞行器鲁棒变增益控制器设计

无尾式飞行器是飞行器发展的方向,研究无尾式控制具有重要意义。研究了线性变参数系统的增益调度控制器的设计方法,采用多胞形进行增益调度,提出了一种简单实用的变参数顶点凸分解方法,该方法在保证系统稳定的情况下,确保系统达到最优性能指标。同时还充分考虑了系统的不确定性因素,利用线性矩阵不等式(LMI)对系统进行鲁棒控制器设计,大大减少了计算量以及对系统的约束,设计出了基于LMI的增益调度控制器,通过非线性仿真结果可以看出,该控制器在调节变量变化很大的情况下,使得系统在0.5s内收敛,而且超调量很小,论证了该方法在无尾式飞控系统中应用的可行性。

不确定性无尾飞行器混合灵敏度鲁棒控制器设计

无尾式飞行器由于其特殊的优点使其成为新型飞行器的发展方向,但由于其缺少尾翼,变得极不稳定,同时不确定性因素也比较多,对于控制器的设计是一个很大的挑战。在分析无尾式飞行器不确定性的基础上,将H∞混合灵敏度的理论应用到无尾式飞行器的滚动通道的控制上,并结合实际,提出了一种简单但有效的加权函数构造方式,同时利用Matlab鲁棒控制工具箱对所选的无尾飞行器进行仿真,通过仿真分析,验证了混合灵敏度理论在无尾式飞行器存在较大不确定因素时的可行性。

非线性自适应控制在无尾飞控系统中的应用

无尾飞机是新型飞机的研究方向,由于其没有尾翼甚至机身,导致横侧向模态自身以及横侧向模态与纵向模态之间存有强耦合非线性特性。将非线性自适应控制应用到无尾飞控系统中,结合MATLAB的仿真工具,对无尾飞机模型进行实时仿真,得到了相应的仿真曲线。通过对仿真曲线的分析,验证了该控制方法在无尾飞控系统应用中的可行性。

不确定性无尾飞行器LPV变增益控制器设计

无尾式飞行器由于其独特的优点成为今后飞行器发展的方向,其飞行包线范围大,参数变化剧烈,需要对其在整个工作区域内实行控制。采用基于线性变参数(LPV)系统的变增益控制方法,利用多胞形模型法对系统进行增益调度,提出一种简单实用的变参数顶点凸分解方法,该方法利用动态系统的间隔度量对顶点进行加权求和,在保证系统稳定的情况下,确保系统达到更佳的性能指标。充分考虑了无尾式飞行器的不确定性,利用线性矩阵不等式对某无尾式飞行器进行控制器设计,非线性仿真结果表明该方法能够在参数变化剧烈的情况下,使得系统在1.5s内收敛,并且没有超调量,同时系统状态变量变化平缓,证明了该方法在大范围工作区域内的有效性。

翼型俯仰控制的腹部扰流板研究

采用CFD方法探讨了腹部扰流板用于无尾布局俯仰控制的可行性。选择无尾布局机体中部翼型作为研究对象,在高速飞行状态,研究了扰流板位置、高度、偏度等参数对翼型俯仰和升阻性能的影响及其流动机理。结果表明:腹部扰流板产生的泡状分离及其影响通过改变翼型压力分布和激波位置,产生板前加载、板后卸载效果。通过对扰流板几何参数的合理选择,可在较大迎角范围内提供用于俯仰控制的抬头力矩增量,可作为改善无尾布局高速俯仰操纵特性措施深入研究。扰流板带来的附加阻力增量使翼型升阻性能变差问题,需在后续研究中进一步考察。

一种低速情况下无尾飞翼飞机航向控制方法

无尾飞翼飞机通常使用开裂式阻力方向舵或者嵌入式操纵面来解决其航向控制问题。开裂式阻力方向舵对飞机的航向控制机理与传统方向舵不同,其舵效随舵偏角的变化呈非线性特性,且在较大迎角时会产生操纵反效现象,诱发航向振荡,产生飞行事故。针对此问题,利用CFD方法分析了某小型无尾飞翼飞机开裂式阻力方向舵的操纵特性,提出一种基于迎角反馈的开裂式阻力方向舵预偏差动控制方法,并进行了非线性数值仿真和试飞验证。结果表明:该方法可以改善开裂式阻力方向舵的非线性特性,解决操纵反效问题,增强无尾飞翼飞机低速飞行时的航向控制性能。

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。

开裂式方向舵非对称偏转控制分配方法研究

无尾飞翼通常利用开裂式阻力方向舵(SDR)对称偏转方式控制其偏航,该方式简单有效,但约束了SDR上下舵面只做对称偏转,限制了舵面的分配与控制模式,降低了飞机在俯仰轴和滚转轴上的最大可用力矩,影响了飞机低速飞行时的操纵性能。针对此问题,利用CFD方法分析了某无尾飞翼SDR对称/非对称偏转方式的舵面操纵特性,提出了一种基于包络体坐标变换的优化控制分配方法,研究了其分配效率。仿真结果表明,该方法分配效率较高,可以拓展SDR非对称偏转时的可达转矩集,增强对俯仰轴和滚转轴的控制能力,改善飞机的机动性。

无垂尾推力矢量飞机的自适应控制仿真研究

研究了采用自适应控制系统的无垂尾构型推力矢量飞机的飞行控制性能。论述了在有参数未知的情况,使用状态变量反馈可线性化的非线性系统的输出轨迹的控制问题,推导出了自适应控制律的设计方法。最后,针对算例飞机给出了仿真计算的结果,证实了在无垂尾构型推力矢量飞机上应用自适应控制系统的可行性。

W型无尾飞机横航向多变量鲁棒控制设计

以基于前掠翼布局及翼身融合一体化技术设计的W型无尾飞机为被控对象,采用线性二次型高斯/回路传输恢复LQG/LTR(Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery)多变量鲁棒控制方法完成了飞机横航向控制设计.该方法解决了由于该特殊构型导致的本体不稳定,以及运动模型的不确定性、随机干扰下控制系统可能出现的不稳定和控制精度不够的问题.系统仿真结果表明,控制系统实现了横航向指令的精确跟踪,不但具有良好的鲁棒性,而且调节性能良好,满足W型无尾飞机横航向控制设计的要求.

基于RMMAC的集成主动容错飞行控制

针对主动容错飞行控制系统设计问题,提出一种基于改进鲁棒多模型自适应控制(robust multiplemodel adaptive control,RMMAC)的故障检测与控制重构集成设计方法。建立了飞行器传感器和执行器故障的数学模型,介绍了改进鲁棒多模型自适应控制算法的结构和实现步骤。某无尾飞机重构飞行控制的仿真结果表明,在执行器故障情况下,基于改进RMMAC的集成主动容错飞行控制系统能够快速准确地辨识故障,并依据故障信息更新局部控制器权值,实现控制重构,提高了飞机可靠性、安全性和生存能力。

基于自适应PID技术的无尾飞机容错重构控制

无尾飞机是新型飞机的发展方向,与传统的飞机相比,其飞行控制系统更为复杂,故障出现的概率也更大,因此重构控制系统是无尾飞机安全飞行的保障。采用基于自适应PID技术的动态逆控制来研究无尾飞机的重构控制系统,并获得了相应的仿真结果,证实了基于自适应PID技术的动态逆控制对故障具有较好的重构能力,比单独使用动态逆控制更有效。