基于神经网络的鲁棒自适应逆飞行控制

提出基于在线神经网络的超机动飞行自适应动态逆鲁棒控制方法.超机动飞行的基本控制律采用非线性动态逆方法设计,对于建模误差或者控制面损伤等因素导致的不确定性逆误差采用神经网络进行自适应补偿.通过动态逆控制律简化计算和飞机控制面故障自适应修复的仿真表明,神经网络通过在线补偿逆误差,能够有效降低非线性动态逆对模型准确性的要求,增强控制系统的鲁棒性.     

超机动飞机非线性建模仿真与操纵特性分析

研究建立较为准确的超机动飞机非线性模型,对新型战斗机的研发具有重要意义。在分析超机动飞机非线性特性的基础上,建立了带推力矢量的超机动飞机非线性动态模型,着重分析了气动力、气动力矩以及发动机的建模过程。为改善系统的动态特性,采用动态逆结合PID的方法设计了超机动飞机在大迎角机动下的控制律,并进行了＂眼睛蛇＂机动仿真。根据＂眼镜蛇＂机动的仿真结果,分析了超机动飞机在大迎角飞行时操纵特性,证明了所建立模型的合理性与有效性。     

超机动飞机的动态建模与控制律设计及仿真

建立了带推力矢量的超机动飞机非线性动态模型,重点分析了气动力、气动力矩以及发动机的建模过程.采用基于神经网络的自适应逆方法,设计了超机动飞机大迎角机动下的控制律.首先应用动态逆方法,分别设计了快慢回路的飞行控制律;然后利用BP神经网络,在线补偿飞机模型不确定性以及外界干扰.眼镜蛇机动的仿真结果表明,所设计的控制律在大迎角机动条件下具有良好的控制性能,能够保证闭环系统的稳定性.     

自抗扰控制器在超机动飞行快回路控制中的应用

提出了一种利用自抗扰控制器算法设计超机动飞行快回路控制律的新方法．根据自抗扰控制器能够动态补偿系统模型扰动和外扰的特性，在超机动飞行的快回路中引入自抗扰控制器。实现了快变量的动态解耦控制．控制律设计直接依据超机动飞行的强耦合、强非线性模型。在较大的包线范围内不需要改变控制器参数．简化了设计过程．仿真结果表明，系统具有良好的动态和稳态性能，控制器具有很强的鲁棒性．     

基于LS-SVM飞机大迎角动态辨识方法研究

确定飞机在大迎角飞行状态时的动态系统参考模型,对于支持飞机控制系统的稳定性和控制增稳设计有着重要的影响。为了精确描述飞机大迎角机动非定常、非线性数学模型,提出利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)对飞机大迎角状态飞行时的非线性动态系统进行辨识,利用网络搜索和交叉验证的方法选择支持向量机参数,并建立了飞机大迎角动力学参考模型,仿真验证显示方法具有较强的泛化能力和较高的辨识效果。     

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。     

基于力矩补偿与分配的多操纵面飞机飞行控制设计

针对多操纵面飞机舵面冗余和强非线性气动特征, 提出了一种基于力矩补偿与分配的非线性飞行控制系统设计方法, 采用指令－力矩－舵面的间接形式, 外环采用模型跟踪方法生成满足飞行品质要求的力矩指令, 内环采用力矩补偿结合控制分配的设计方法, 控制各舵面实现期望控制力矩. 以革新性操作效率器(ICE)飞机为对象进行了仿真验证, 结果表明力矩补偿与分配系统可实现准确的力矩跟踪, 系统对参数的变化有较强适应能力, 所设计的飞行控制系统能够依据参考模型对控制指令进行跟踪, 各控制通道间耦合被有效抑制.     

基于反步法的高超音速飞机纵向逆飞行控制

针对高超音速飞机纵向运动的数学模型具有严重非线性、不稳定、多变量耦合以及不确定的气动参数等特点，采用非线性动态逆控制与反步法相结合的方法为其设计飞行控制系统．该系统以非线性动态逆控制作为控制内环，通过将非线性的多输入多输出系统进行精确线性化，解除了多变量之间的强耦合关系；并以反步法作为控制外环．保证系统的全局稳定以及抑制不确定参数的扰动．仿真研究表明．所提出的控制方法可以确保高超音速飞机的纵向稳定性．改善其飞行品质．     

基于变结构理论的高超音速飞机纵向逆飞行控制

针对高超音速飞机模型的高度非线性、强耦合、参数不确定等特点，提出了基于变结构理论的动态逆控制方法．该方法将逆控制的非线性解耦能力与变结构理论的强鲁棒性能有机结合，确保了高超音速飞机飞行的纵向稳定性，改善了其控制性能．仿真研究表明该控制方法对于高超音速飞机是可行的．     

基于飞行数据多重分区的高机动飞机气动建模及参数辨识

在准定常假设下,飞机在大迎角或大幅机动飞行时,其气动特性呈现非线性特点.常用基于配平状态下小幅机动飞行辨识所得的线性气动模型已不再适用.为解决这一问题,提出一种飞行数据多重分区方法,通过各区间的局部线性化以表征气动特性的全局非线性.各区间中,针对气动力和力矩系数的静态项、动导数项及控制导数项进行泰勒级数展开,提出一种通用气动模型,并利用最小二乘类方法辨识各项气动参数.根据某现代战斗机仿真飞行试验数据,辨识相关气动参数并与真实值进行比较,结果表明两者吻合较好.试验结果验证了所述飞行数据多重分区方法和通用气动模型的有效性.     

偏角不对中轴系振动的工艺控制措施研究

考虑非线性非稳态油膜力、局部碰摩力和质量不平衡的耦合激励,建立偏角不对中轴系非线性动力学方程,数值模拟并分析不对中偏角量对系统振动特性的影响,根据计算结果制定不对中偏角量的工艺控制标准.仿真计算研究表明:非稳态油膜力激励下,轴系动力学方程形式繁琐,求解困难,导致系统产生复杂的动力学行为,难以通过理论分析有效控制轴系非线性振动,而通过制定工艺可以避免理论研究难题,达到控制非线性振动级别的目的.     

Active control of supersonic/hypersonic aeroelastic flutter for a two-dimensional airfoil with flap

The flutter, post-flutter and active control of a two-dimensional airfoil with control surface operating in supersonic/hypersonic flight speed regions are investigated in this paper. A three-degree-of-freedom dynamic model is established, in which both the cubic nonlinear structural stiffness and the nonlinear aerodynamic load are accounted for. The third order Piston Theory is employed to derive the aerodynamic loads in the supersonic/hypersonic airflow. Nonlinear flutter happens with a phenomenon of limit...     

DESIGN OF A FLIGHT CONTROLLER FOR HYPERSONIC FLIGHT EXPERIMENT VEHICLE

National Aerospace Laboratory (NAL) and National Space Development Agency (NASDA) of Japan launched a hypersonic flight experiment vehicle (HYFLEX) for flight experiment of reentry phase to the top of the atmosphere in 1996. Flight condition in the experiment varied from an altitude of 107km and a speed of Mach 15 to an altitude of 30km and a speed of Mach 2. This paper describes design of a flight control system of the HYFLEX and evaluation of robustness against variations of command inputs and aerodynamic coefficients. A nonlinear simulation model that describes the vehicle motion has been made using the data obtained from wind tunnel experiments by NAL and NASDA. Linear models are computed from the nonlinear model for every second of the flight, assuming that the flight is a quasi‐trimmed one. Because the vehicle has a cylinder‐like configuration and takes a large angle of attack and a bank angle, coupling between longitudinal and lateral‐directional motions cannot be neglected; hence, the linear models include coupling terms. Averaging the linear models yields a nominal model for controller design, where the type‐1 linear quadratic (LQ) servo controller is employed for attitude control. Since the flight condition varies so much, it is difficult to control the vehicle using a single set of control gains. Therefore the flight period is segmented into eight intervals, for each of which a nominal linear model is computed, and then eight sets of feedback gain matrices are computed and scheduled as a function of flight time. The effectiveness and robustness of the flight control system are examined through computer simulation. Simulation results indicate that the control system works well even when attitude commands and aerodynamic parameters considerably deviate from nominal ones.     

折叠翼飞行器鲁棒飞行控制系统设计方法

为解决折叠翼飞行器在机载发射段主升力翼面/立尾展开前后气动特性变化较大,以及对飞行控制律鲁棒性要求较高的问题,基于飞行器六自由度非线性动态模型,应用随机鲁棒分析与设计方法(SRAD),对机载发射段折叠翼飞行器的翼面/立尾展开过程,设计了鲁棒飞行控制律,并通过对风干扰环境下的六自由度非线性弹道仿真,验证了翼面/立尾展开段鲁棒飞行控制律的有效性.     

基于非线性动态逆的姿态跟踪控制

当遇到非线性系统时可以利用传统的控制策略将其转化为线性系统进行处理,但是当系统的非线性度很高的时候,传统的控制策略就无能为力了,为了在飞行控制领域解决上述问题,引入了动态逆控制方法。首先确定一种非线性动态逆控制规律在飞行器上的应用,同时考虑到了惯性参数的不确定性和气动力矩的不确定性,实际是一种非线性的时变系统,为了改善全局稳定性,可以通过六自由度的仿真保证系统稳定,证明控制规律的有效性。     

基于气动参数调节的无人机抗扰动控制算法

无人机飞行受到气动阻尼扰动,从而导致控制稳定性不好。当前采用翼型截面气动参数调节的方法进行无人机抗扰控制,以扭角以及振动方向等参数为约束指标,参数调节的模糊度较大,对气动姿态参数调节的稳定性不好。文中提出基于气动参数调节的无人机抗扰动控制算法。该算法根据无人机的飞行工况构建各阶模态对应的气弹耦合方程,在速度坐标系、体坐标系、弹道坐标系三维坐标系下构建无人机的飞行动力学和运动学模型;采用卡尔曼滤波方法实现对无人机飞行参数的融合调节和小扰动抑制处理,并采用末端位置参考模型进行无人机飞行轨迹的空间规划设计;在卡尔曼滤波预估模型中实现对动力学模型的线性化处理,采用气弹模态参数识别方法进行无人机的飞行扰动调节;将姿态控制作为内环,获得位置环状态反馈调节参数;以无人机的升力系数和扭力系数作为气动惯性参数进行飞行姿态的稳定性调节,从而实现无人机抗扰动控制律的优化设计。采集飞机的俯仰角、横滚角和航向角作为原始数据在Matlab中进行仿真分析,仿真结果表明,采用所提方法进行无人机抗扰动控制的稳定性较好,对气动参数进行在线估计的准确性较高,航向角误差降低12.4%,抗扰动能力提升8dB,收敛时间比传统方法缩短0.14 s,无人机飞行的抗扰动性和飞行稳定性得到提高。所提方法在无人机飞行控制中具有很好的应用价值。     

在线滚动优化下的无人自转旋翼机自动起飞控制

自转式旋翼机的旋翼是一种无动力升力装置,旋翼需来流吹动旋转而获得升力,因此自转旋翼机大多采用滑跑方式起飞.由于自转旋翼机具有特殊的气动特性和操纵特点,基于姿态控制的滑跑起飞策略不能直接用于无人自转旋翼机的起飞控制.本文针对无人自转旋翼机所特有的旋翼桨盘迎角、地速和气动升力之间相互约束和制约的特点,在分析无人自转旋翼起飞阶段动力学特性的基础上,提出了一种基于在线滚动优化理论的无人自转旋翼机起飞控制方法.通过预测未来有限时间内无人自转旋翼机的运动状态,得到起飞过程的最优控制序列,能够维持无人自转旋翼机在起飞过程中始终具有足够的升力和合适的爬升角.通过仿真验证和分析,证明了本文所提出的控制算法能够实现无人自转旋翼机的平稳起飞.     

基于神经网络的故障飞机仿真

传统气动系数模型中，拟合法精度较差，插值法计算速度慢，且占内存多。利用神经网络一致逼近任意非线性连续函数的特性，训练具有一个三输入六输出的神经网络模型，建立故障飞机仿真系统。仿真结果和故障飞机自修复应用表明，文中所采用的神经网络建模方法是可行的。在自修复飞行控制系统研究中，为故障飞机建模所需大量故障状态气动系数数据处理提供一种新思路。     

一种无人机大机动飞行控制方法

研究了无人机进行大机动的控制问题,提出了一种传统动态逆控制方法的改进方法.在外环的气流角控制器中,通过引入加速度反馈,避免了传统方法的气动力估算环节,从而提高了对气动数据不准确的鲁棒性.在内环的角速率控制器中,使用基于LPV(linear parameter-varying)系统鲁棒PI控制方法,从理论上保证了整个机动飞行过程中的鲁棒性.仿真结果表明,提出的方法能够实现无人机纵向和横航向同时进行机动的控制,同时具有较好的控制性能.