某型运输机纵向等效拟配的问题及分析

某型运输机试飞纵向短周期等效拟配中在两个问题,一是纵向杆输入时长较长,频域辨识时高频段结果较差,二是在高阶电传飞机等效拟配时选择单拟配还是双拟配的问题,为了解决这两个问题,提出了时域辨识方法和对比分析传统机械式飞机和电传飞机试验数据方法;飞行试验数据处理结果表明,对于输入时间较长的试验动作,时域辨识效果较频域辨识好,使用时域和频域辨识结合的方法,大大提高了试飞数据的适用性;通过比较传统机械式飞机和现代电传飞机的试飞数据及拟配结果,发现高阶电传飞机必须使用双拟配方法才能更全面评价飞机特性;文中提出的辨识方法和分析方法很好地解决了某型运输机等效拟配中遇到的问题,可供其他电传飞机飞行试验参考。     

平流层验证飞艇横侧向模型辨识研究

研究采用系统辨识方法建立平流层验证飞艇横侧向模型,针对飞行试验中风的扰动和测量噪声明显,对辨识参数的精度有影响。为解决上述问题,提出了采用滤波误差法,辨识稳定微分和控制微分系数的策略,获得飞艇较精确的平飞横侧向模型。首先考虑飞艇为浮力体,质量和惯量受环境影响较大,很难精确测量的问题,将飞艇非线性模型转化为具有稳定性微分和控制微分的飞艇横侧向线性模型,辨识参数不受质量、惯量变化的影响,并采用滤波误差方法,辨识模型的稳定微分和控制微分,可以减小风的扰动误差对辨识精度的影响,最后用辨识模型进行飞行仿真,将仿真得到的数据和实际飞行试验数据进行对比分析,结果表明,辨识得到的模型可以较好地反映飞艇的动力学特性,可为飞艇偏航控制器的设计提供参考。     

基于PEM的三自由度直升机模型辨识

针对三自由度(3-DOF)直升机平台的特点,提出了一种基于预测误差法(PEM)的模型频域辨识方法,建立了机理模型,运用扫频技术得到巡航飞行状态直升机3个通道的输入-输出数据;分析了偏相干函数和复合窗函数,通过PEM进行了模型的频域辨识,得到了状态空间方程的待辨识参数和直升机的参数化模型.通过时域飞行和模型预测响应的对比,验证了该模型的准确性和该辨识方法的有效性.     

基于预测误差法小型无人直升机系统辨识

小型无人直升机是一个复杂的非线性系统.为了真正实现小型无人直升机的自主飞行,须对其进行数学建模.本文重点分析了Raptor90小型无人直升机悬停时横、纵向通道的输入输出关系,通过严格推导得到横、纵向通道通的参数化模型.通过试验采集得到输入输出数据,利用基于预测误差法的输出误差模型进行系统辨识.模型预测数据与实际飞行实验室数据的比较表明,所建模型很好的反映了小型无人直升机在悬停状态下的动力学特性,可在该状态下基于此模型进行飞行控制器的设计.     

改进的频域辨识方法及其在直升机建模中的应用

本文提出了一种改进的直升机状态空间模型的频域系统辨识方法.该方法根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应.将模式识别中的K平均理论应用到搜索状态空间模型代价函数的最小值中,根据机理建模结果拟合频率响应得到线性的六自由度直升机状态空间模型中的待辨参数.频率响应的计算中应用了一种复合窗函数方法,该方法综合不同窗口长度的频率响应得到一组优化的结果,显著增加了动力学模型频带和频率响应的精度.比较辨识得到的模型和飞行试验数据响应结果表明,辨识得到的模型较好地反映了该型无人直升机在悬停状态下的动力学特性.     

小型无人直升机模型辨识数据处理方法研究

针对小型无人直升机模型频域辨识过程中的姿态角速率测量误差,提出了一种飞行数据处理方法。该方法采用飞行试验扫频测试技术,确保激励信号能够满足不同频段下模型辨识对飞行数据的需求;设计基于有色噪声的卡尔曼滤波器以降低紊流风场对飞行测量数据的影响,同时,对飞行测量数据使用数据预处理的方法以剔除测量噪声、野值、直流成分和低频分量。在小型无人直升机系统各通道中进行验证,验证结果表明,所提出的飞行数据处理方法能够满足小型无人直升机模型辨识对姿态角速率数据精度的要求,为精确建模提供了较高质量的飞行数据。     

复杂系统飞机飞行品质等效方法研究

飞机飞行品质是评价飞机优劣的重要组成部分,探索简单高效的品质测定方法非常重要,随着系统的不断复杂和阶次的不断提高,传统的方法越来越显示出其局限性。研究了对高阶系统飞机进行品质评定的一种方法,该方法通过寻求与原系统等效的低阶系统,利用优化算法计算等效低阶系统的品质参数,以此来评定原系统品质,最后通过实例介绍了该方法的基本步骤并以此对某型号飞机主动控制系统的纵向飞行品质参数进行了计算,利用M IL-F-8785C飞行品质规范对该飞机纵向飞行品质进行了评定。实例证明该方法简单实用,可以应用于工程实践。所涉及的理论是同类问题中的一个典范,对其它飞机的飞行品质研究具有很大的参考价值,所编制软件移植性强,稍经修改可用于其它飞机的品质研究。     

基于模型跟随的神经网络PID飞行控制律设计

为了抑制飞行控制系统的外部扰动和建模误差,应用模型跟随自适应神经网络PID控制方法,进行飞行控制律设计。首先使用RBF神经网络进行飞行系统模型辨识,在线学习系统正向输入输出特性,辨识对象的Jacobian信息;然后应用BP神经网络实时在线调整PID参数,设计自适应神经网络PID控制器,控制飞行状态变量跟随模型输出;最后以F-8飞机纵向飞行控制系统为研究对象进行控制仿真。仿真结果表明,设计的控制器具有很强的自适应和抗干扰能力。     

模型误差界的频域辨识方法分析

模型误差界的确定是系统辨识中一个重要的组成部分．本文应用截尾傅氏变换和H∞辨识理论，对模型误差界的常规频域辨识方法进行了分析，给出了传递函数的频率响应误差界和总体误差界，对Baryard等人的频域误差界估计方法做了修正．     

具有速率限制的民机舵面实时铰链力矩特性研究

针对飞机设计过程中,操纵面铰链力矩确定问题,进行具有操纵面偏转速率限制的电传飞机实时铰链力矩计算方法研究.这里依据飞机动力学特性、具有最大速率限制的舵面动力学特性以及舵面部件气动特性,确定飞机飞行过程中舵面的实时铰链力矩.利用MATLAB/simulink工具建立了舵面动力学模型和飞机动力学模型.以纵向操纵面升降舵为例,仿真研究了某飞机定直平飞以及机动飞行中舵面实时铰链力矩特性,给出了对应状态的舵面偏转速率,对比分析了静平衡法和本方法确定的操纵面总力矩特性的差异,结果表明本方法适合飞机详细设计阶段.     

用于电传飞行控制系统软件的测试专家系统设计

电传飞行控制系统是军用飞机关键安全系统，实施充分且高效的软件测试是保障系统高可靠性的重要手段。电传飞行控制系统软件测试过程中的关键环节是制定测试方案，当前方案的优秀与否取决于测试项目组的经验积累程度，为解决不同项目组间个体经验差异，保障测试智慧的集中体现，归集了十几年来电传飞行控制系统测试项目数据，设计并构建了一套用于电传飞行控制系统软件的测试专家系统，用于辅助测试方案的制定。通过在多个型号项目中的落实，方案的制定效率、质量和发现的有效软件缺陷数目同比有显著提高，为电传飞行控制系统的高可靠性、高安全性提供了有力的保障。     

Adaptive control laws for F-8 flight test

This paper describes an adaptive flight control system design for NASA's F-8 digital fly-by-wire research aircraft. This design implements an explicit parallel maximum likelihood identification algorithm to estimate key aircraft parameters. The estimates are used to compute gains in simplified quadratic-optimal command augmentation control laws. Design details for the control laws and identifier are presented, and performance evaluation results from NASA Langley's F-8 Simulator are summarized.     

基于试验点自动识别的飞行试验智能化监控技术

试验点作为飞行试验任务的最小组成单元,明确了试验机所要完成的任务及要求,是飞行效果评估的主要依据。深入分析试验机在完成不同试验点时的参数变化特征,结合领域专家人工识别的先验知识,提取影响试验点识别的关键参数及其变化规律。构建试验点识别知识库,设计试验点自动识别算法。结合飞行试验实时任务评估技术,开发基于试验点自动识别与智能评估的飞行试验实时监控系统,实现了从"智能化安全监控"到"智能化任务监控"的转变,有效提升了试验机的试飞效率。     

Robust identification method for nonlinear model structures and its application to high-performance aircraft

A common assumption is that the model structure is known for modelling high performance aircraft. In practice, this is not the case. Actually, structure identification plays the most important role in the processing of nonlinear system modelling. The integration of mode structure identification and parameter estimation is an efficient method to construct the model for high performance aircraft, which is nonlinear and also contains uncertainties. This article presents an efficient method for identifying nonlinear model structure and estimating parameters for high-performance aircraft model, which contains uncertainties. The parameters associated with nonlinear terms are considered one after the other if they should be included in the nonlinear model until a stopping criterion is met, which is based on Akaike's information criterion. A numerically efficient U-D factorisation is presented to avoid complex computation of high-order matrices. The proposed method is applied to flight test data of a high-performance aircraft. The results demonstrate that the proposed method could obtain the good aircraft model with a reasonably good fidelity based on the comparison with flight test data.     

基于CFD方法的前支杆试飞测量装置误差分析

准确可靠的大气数据信息对飞行器的安全至关重要.处于研制阶段的大气数据系统往往存在一定程度的误差,需要在试飞阶段予以校准.试验机上加装的试飞测量装置要求尽可能地接近未受扰动的气流,同时减少对飞机已有大气数据系统的影响.采用计算流体力学方法,对某型民机进行数值模拟,确定了前支杆试飞测量装置的安装位置和长度,获得了前支杆的位置误差并评估了对飞机已有大气数据系统的影响.研究表明,选定前支杆长度情况下,前支杆测量的静压测量误差引起的高度误差偏大,对现有大气数据系统静压亦有一定影响,对迎角影响较小.这一结果可作为某型民机确定空速校准方法的依据,亦可作为其他飞机在空速校准方案选用方面的参考.     

逐点线性化后退区间最优控制在飞机非线性控制中的应用

常规线性飞控系统针对推力矢量飞机这样的多控制冗余、非线性MIMO系统,无法实现非线性控制．本文针对推力矢量飞机非线性系统,阐述了一种逐点线性化后退区间最优控制算法满足飞行品质要求．首先将作动器,飞行品质和逐点线性化的飞机线性模型综合实现在线建模,然后以飞行状态与预测状态之间的误差、作动器的位置限制和速率限制作为最优指标,最后以此为基础,根据最优控制原理计算当前时刻飞机最优控制指令,实现飞机非线性控制．采用国内某型号飞机气动数据验证此算法的鲁棒性和稳定性．     

Robust crossfeed design for hovering rotorcraft

Control law design for rotorcraft fly-by-wire systems normally attempts to decouple the angular responses using fixed-gain crossfeeds. This approach can lead to poor decoupling over the frequency range of pilot inputs and increase the load on the feedback loops. In order to improve the decoupling performance, dynamic crossfeeds should be adopted. Moreover, because of the large changes that occur in the aircraft dynamics due to small changes about the nominal design condition, especially for near-hovering flight, the crossfeed design must be ‘robust’. A new low-order matching method is presented here to design robust crossfeed compensators for multi-input, multi-output (MIMO) systems. The technique minimizes cross-coupling given an anticipated set of parameter variations for the range of flight conditions of concern. Results are presented in this paper of an analysis of the pitch/roll coupling of the UH-60 Black Hawk helicopter in near-hovering flight. A robust crossfeed is designed that shows significant improvement in decoupling perfomance and robustness over the fixed-gain or single point dynamic compensators. The design method and results are presented in an easily used graphical format that lends significant physical insight to the design procedure. This plant precompensation technique is an appropriate preliminary step to the design of robust feedback control laws for rotorcraft.     

再入飞行器低误码率数字化遥测系统设计

针对再入飞行器遥测领域要求存储系统容量大、误码率低、恶劣环境下可靠回收等特点,以及传统供配电方式存在的地面设备组成多、操作复杂、可靠性低等不足,提出了一种适用于再入飞行器的低误码率数字化遥测系统设计方法。系统采用大容量冗余备份存储设计、基于ECC纠错编码算法的低误码率设计、抗高冲击回收防护设计等关键技术,存储容量提高到32GB,可连续存储9h数据,存储器误码率降低至10-10,实现了高冲击条件下的可靠回收;采用基于1553B总线的数字化供配电技术、在线故障诊断技术等关键技术,简化了地面测试设备及操作,节约研制成本,提高了飞行器智能化和测试性水平。该系统已成功应用于某再入飞行器,通过了地面炮击试验和飞行试验考核,获取到了完整的全程飞行试验数据。