飞行导引系统垂直导引律设计与仿真

为了提高机动性能,现代飞机的设计开始向放宽静不稳定乃至静不稳定的方向发展,因此飞行控制律的设计尤为重要;以大型民用客机的开发设计为应用背景,根据飞行仿真的需要,采用非线性动态逆的方法建立了飞机的线性模型,并结合PID控制对飞机的垂直引导方面的控制系统进行分析和设计研究,最后配合Matlab/Simulink数值仿真方法和Stateflow工具对所设计的控制律进行PID调参仿真;仿真结果表明:所设计的控制律可以达到所要求的控制精度,具有良好的动态品质。     

基于特征结构配置的飞翼无人机纵向控制律设计与试飞验证

针对飞翼无人机的纵向、横侧向静稳定性较差,飞机纵向短周期模态稳定性不足等问题,以某小型飞翼无人机为对象,研究了特征结构配置方法,并提出了基于特征结构配置方法的前向增益型、误差积分型控制律设计方案;利用线性模型设计了该飞机的纵向控制律,通过非线性仿真分析、飞翼无人机的试飞验证了该控制方案的可行性与有效性;仿真及试飞结果表明:采用特征结构配置方法设计的飞行控制系统具有较好的控制效果,改善了飞翼飞机的飞行品质.     

基于CFD方法的固定翼无人机着陆控制建模

为了实现固定翼无人机低速平稳着陆的目的,以某型无人机为例,阐述以计算流体动力学(CFD)方法求解固定翼无人机气动力系数的过程,即构建飞机几何模型、设定计算域并划分网格、基于非耦合隐式求解器求解在K-E湍流模型下各飞行状态的气动系数.提出以较大迎角低速滑翔降落的着陆控制方法,基于求解的气动特性,计算飞机降落前的理想状态,并基于状态反馈的纵向控制律实现着陆控制.在Simulink环境中,基于AeroSim工具箱构建仿真程序,验证了方法的有效性.     

TAWS测试系统的飞行仿真激励技术

飞机航电综合环境监视系统,主要实现飞机飞行过程中回避危险地形发出预警的功能.为对TAWS系统的性能进行测试,提出了一种飞机仿真激励技术.激励技术的难点在于在TAWS的测试中如何触发不同模式的告警.为解决上述问题,以波音737飞机公开数据为飞行仿真基本参数,结合TAWS系统典型告警模式,设计并实现了固定翼飞机的六自由度飞行仿真、横纵向经典多回路自动飞行控制系统设计和仿真场景编辑器.在软件系统设计完成后,通过近地告警系统的三种典型告警模式对仿真算法和软件的实际运行分别进行了测试和实验,验证了测试的有效性,实现了对TAWS进行性能测试的仿真激励.     

基于特征结构配置和直接自适应的侧向飞行控制律设计

将特征结构配置与直接自适应理论相结合对飞机侧向飞行控制律进行设计.首先介绍了特征结构配置的原理和反馈增益矩阵的算法实现,在此基础上结合直接自适应方法对闭环系统进行鲁棒控制器设计.该控制策略以特征结构配置作为内环控制器,自适应控制器作为外环控制器,使系统获得较好的动态性能和较强的鲁棒性.某飞机的侧向飞行控制律设计仿真结果表明系统获得了良好的动态性能,并且有效抑制了内部参数摄动对系统的不良影响.     

飞翼布局无人机控制律设计

以某飞翼布局无人机为设计对象,进行内、外回路的控制律设计.在Matlab/Simulink仿真环境下,建立飞翼布局无人机线性小扰动模型,分析纵向、横航向模态特性,根据本体特性缺陷针对性地设计控制律内回路反馈支路及增益,经反馈补偿后的飞行品质满足GJB 185-1986相关要求.在内回路控制律的基础上设计外回路PI控制器实现飞机姿态控制,各控制回路的系统稳定裕度计算结果满足GJB 2191-1994要求.建立飞翼布局无人机六自由度非线性仿真模型,仿真验证结果表明所设计的内、外回路控制律能够精确控制飞机姿态且精度满足GJB 2191-1994要求,同时系统鲁棒性良好.     

基于Stateflow的多模态飞行仿真研究*

为了验证非线性飞机模型下飞行制导系统和多模态飞行控制律设计的正确性,提出了基于Stateflow的多模态飞行仿真验证方法.首先建立了飞行仿真系统结构框架和飞机六自由度非线性数学模型,并进行控制律设计,通过预定航路点信息和飞机模型解算的飞行参数实时获得制导信息,采用Stateflow完成典型飞行模态之间的逻辑切换,实现了预定航迹多模态的飞行仿真.实验结果表明,系统结构易于扩充和移植,该方法可以有效地验证飞行制导系统和控制律设计的正确性.     

基于非线性动态逆的大迎角飞行控制律设计

研究飞机大迎角飞行优化控制问题。为了用非线性动态逆方法进行大迎角飞行控制律设计,首先建立具有大迎角条件下强非线性、非定常迟滞、不对称的力与力矩等气动特性的六自由度非线性飞机模型。然后将非线性动态逆方法与奇异摄动理论相结合,并将飞机状态划分为快慢回路,分别应用非线性动态逆方法进行了飞行控制律设计。最后,通过控制分配将计算得到的三轴力矩指令转化为相应的舵面与推力矢量偏转指令,并进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的飞行控制律具有优良的大迎角控制效果。     

某无人机的纵向控制律设计仿真分析

介绍无人机飞行控制设计结构和仿真方法,通过对飞机本体建模和控制律建模,分析了无人机自主飞行时纵向的控制方法,同时给出建模依据和关键点.以matlab为仿真平台进行本体建模和线性化分析,再把俯仰角和高度保持作为纵向控制律设计需求,并通过对增益的调节得到一个无人机自主飞行时稳定可控的控制律,并且设计增加补偿器来减小稳态误差,通过仿真结果证明这种方法的合理性.     

可重构飞行控制律设计的混合特征结构配置方法研究

将特征结构配置与模糊控制理论相结合对飞机侧向飞行重构控制律进行设计.首先介绍了重构控制律中特征结构配置的原理和反馈增益矩阵的算法实现,在此基础上结合带优化修正参数的无量化模糊控制方法对闭环系统进行鲁棒控制器设计.该控制策略以特征结构配置作为故障后系统的内环控制器,模糊控制器作为外环控制器,使系统获得较好的动态性能和较强的鲁棒性.仿真结果表明系统有效抑制了内部参数摄动对飞行任务的不良影响.     

飞机力纷争均衡分析和研究

针对某型号飞机余度作动系统力纷争现象,分析其产生的原因,建立力纷争均衡算法,以缓解力纷争现象,达到同舵面不同作动器间负载均分的目的。通过建立力纷争均衡的控制系统仿真模型,与物理试验结果作比较,计算力纷争均衡指令,对原舵面位置控制指令产生偏置信号,以均衡同一舵面不同作动器的两腔压差。运用仿真分析和物理试验相结合的方法对解决多余度作动系统力纷争现象的方法进行进一步探究,在建立原理性试验平台的同时,也为系统力纷争均衡控制律设计提供更可靠的试验评定依据。     

伪逆法在无人机安全着陆控制中的应用

鉴于着陆控制律设计相对飞机普通模态控制律设计较复杂的情况,由于飞翼布局无人机着陆过程中出现左升降舵卡死。针对这一特定故障采用伪逆法进行了着陆控制律重构设计。充分利用伪逆法结构简单且无需改变原控制律的优点,在非线性建模中,由于飞翼布局无人机的特殊气动布局和结构特点,考虑了纵向与横侧向的耦合性。同时,利用Matlab/Simu-link仿真工具进行了线性仿真和非线性验证,仿真结果验证了无人机仍能够实现安全着陆,且重构设计方法简单有效。     

一种气流模拟系统在飞机地面试验中的设计与实现

研究了一种气流模拟系统在飞机地面试验中的应用.设计基于工业经典PID控制理论,通过变频器控制电机带动风机和电动调节蝶阀精确模拟试验所需气流,解决了某型飞机地面试验所需气流的精确模拟,并通过试验验证,完全达到了设计要求.     

Nonlinear gliding stability and control for vehicles with hydrodynamic forcing

This paper presents Lyapunov functions for proving the stability of steady gliding motions for vehicles with hydrodynamic or aerodynamic forces and moments. Because of lifting forces and moments, system energy cannot be used as a Lyapunov function candidate. A Lyapunov function is constructed using a conservation law discovered by Lanchester in his classical work on phugoid-mode dynamics of an airplane. The phugoid-mode dynamics, which are cast here as Hamiltonian dynamics, correspond to the slow dynamics in a multi-time-scale model of a hydro/aerodynamically-forced vehicle in the longitudinal plane. Singular perturbation theory is used in the proof of stability of gliding motions. As an intermediate step, the simplifying assumptions of Lanchester are made rigorous. It is further shown how to design stabilizing control laws for gliding motions using the derived function as a control Lyapunov function and how to compute the corresponding regions of attraction.     

基于彩色图像分割的飞机机头定位方法

为了防止停在机库内的飞机被其他移动的飞机相撞，提出丁一种基于彩色图像分割技术的飞机机头定位方法，将该方法用于智能化飞机机库安全监控系统中，以实现飞机防撞报警功能。首先将摄像机拍摄的RGB图像转换为HSI图像，根据饱和度和色度的双阈值分割方法，初始分割出红色机头部分；对于初始分割结果，再通过形态学腐蚀、膨胀处理以及面积阚值分割手段来自动确定机头顶点位置，设置出安全防护区。经过现场实验表明，该方法可较好地确定飞机的机头位置，因而在一定程度上提高了传统监控系统的智能性。     

Multivariable frequency domain controller for magnetic suspension and balance systems

The magnetic suspension and balance system for an airplane model in a large wind tunnel is considered. In this system, superconducting coils generate magnetic forces and torques on the magnetized soft iron core of the airplane model. The control system is a position servo where the airplane model, with six degrees of freedom, follows the reference static or dynamic input commands. The controller design, based on the characteristic loci method, minimizes the effects of aerodynamic and inertial cross-couplings, and provides the specified dynamic response.     

基于六自由度模型的飞机刹车仿真研究

针对飞机着陆刹车三自由度仿真模型存在的不足,研究了六自由度飞机对象建模的基本方法和原理,并给出了飞机机体的空间运动方程.考虑了飞机纵横向之间的耦合作用和决定飞机刹车性能的因素,没有对刚体运动模型做简化处理,直接根据牛顿第二定律推导出机体全量非线性方程,结合飞机起落架的纵横向刚度模型和传统液压刹车系统模型.建立了六自由度飞机刹车系统整体模型,并且基于maflab/simulink对其数学模型进行了转化,建立了可在计算机上实现的数学仿真模型,给出了湿跑道下仿真结果.结果表明,所建立的六自由度飞机刹车系统模型能够充分表征飞机着陆刹车的实际运行特性,为飞机刹车性能的改善和视景系统更多参数的体现提供了基础和前提.     

A new adaptive backstepping method for nonlinear control of turbine main steam valve

A new approach for nonlinear adaptive control of turbine main steam valve is developed. In comparison with the existing controller based on ＂classical＂ adaptive backstepping, this method does not follow the classical certaintyequivalence principle in the design of adaptive control law. We introduce this approach, for the first time, to power systems and present a novel parameter estimator and dynamic feedback controller for a single machine infinite bus （SMIB） system with steam valve control. This system contains unknown parameters such as reactance of transmission lines. Besides preserving useful nonlinearities and the real-time estimation of uncertain parameters, the proposed approach possesses better performances with respect to the response of the system and the speed of adaptation. The simulation results demonstrate that the proposed approach is better than the design based on ＂classical＂ adaptive backstepping in terms of properties of stability and parameter estimation, and recovers the performance of the ＂full-information＂ controller. Hence, the proposed method provides an alternative for engineers in applications.     

飞机协同设计中的技术状态控制过程模型

为在飞机协同设计中有效地应用工作流技术对设计更改进行控制,提出一种基于Petri网的技术状态控制过程建模方法.通过建立技术状态协调关联模型并映射生成基于Petri网描述的过程模型,使得设计更改信息能够按照结点间的结构关系和协调关系及时地传递给相关人员进行验证,避免了长周期、大跨度的设计反馈,应用Petri网解决了工作流技术进行技术状态控制存在的死锁和不可达等问题.采用J2EE和jBPM技术建立了飞机总体布置与协调管理软件原型,并以数字样机环境下某飞机部件技术状态更改为例,验证了该方法的有效性和适用性.     

Neural network based iterative learning predictive control design for mechatronic systems with isolated nonlinearity

The paper presents a new nonlinear predictive control design for a kind of nonlinear mechatronic drive systems, which leads to the improvement of regulatory capacity for both reference input tracking and load disturbance rejection. The nonlinear system is first treated into an equal linear time-variant system plus a nonlinear part using a neural network, then an iterative learning linear predictive controller is developed with a similar structure of PI optimal regulator and with setpoint feed forward control. Because the overall control law is a linear one, this design gives a direct and also effective multi-step prediction method and avoids the complicated nonlinear optimization. The control law is also an accurate one compared with traditional linearized method. Besides, changes of the system state variables are considered in the objective function with control performance superior to conventional state space predictive control designs which only consider the predicted output errors. The proposed method is compared with conventional state space predictive control method and classical PI optimal control method. Tracking performance, robustness and disturbance rejection are enlightened.