本文關(guān)鍵詞：模型預(yù)測控制方法在預(yù)防Ⅱ型飛行員誘發(fā)振蕩上的應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：飛行安全一直是航空領(lǐng)域關(guān)注的首要問題,而飛行員誘發(fā)振蕩(PIOs)是一種廣為人知、后果慘重的飛行事故,會嚴(yán)重威脅到飛行安全。因此,如何預(yù)防PIOs現(xiàn)象是飛行領(lǐng)域中一項重要的研究任務(wù)。歷來發(fā)生的許多典型、嚴(yán)重的PIOs大多是由速率限制器引發(fā)的Ⅱ型PIOs�，F(xiàn)代人-機閉環(huán)系統(tǒng)中,為保護機械設(shè)備性能,需要配備速率限制器,但速率限制器對輸入信號速率有固定限制范圍,當(dāng)輸入信號速率遠(yuǎn)大于速率限制器的限制值時,速率限制會被激活,造成輸出幅值降低、并產(chǎn)生附加的相位滯后,從而導(dǎo)致飛行員判斷失誤、過分反復(fù)操作,引發(fā)Ⅱ型PIOs。本文針對人-機閉環(huán)系統(tǒng),基于模型預(yù)測控制(MPC)理論設(shè)計了控制器。利用MPC算法能夠?qū)⑾到y(tǒng)約束考慮在內(nèi)、同時保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的特點,將速率限制器的限制條件轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)輸入的約束條件進行處理,從而能夠保證輸入值在合理范圍內(nèi),進而克服限制器的負(fù)作用,從根本上杜絕Ⅱ型PIOs的發(fā)生。本文從兩個方面全面驗證了MPC控制器在預(yù)防Ⅱ型PIOs上的有效性和可行性。首先,選取較常見的增益飛行員模型,Neal-smith飛機模型來建立人-機閉環(huán)系統(tǒng),并基于Matlab平臺進行模型預(yù)測控制器的編程設(shè)計和仿真。在正弦輸入信號作用下,分析了控制器對系統(tǒng)相位的影響,結(jié)果表明,MPC控制器能使系統(tǒng)相位相對于輸入有所超前,在一定程度上補償了由速率限制引發(fā)的相位滯后現(xiàn)象。改變增益飛行員模型取值,對系統(tǒng)進行時域響應(yīng)分析。發(fā)現(xiàn)未發(fā)生振蕩時,MPC控制器作用不明顯,但當(dāng)振蕩出現(xiàn)時,MPC控制器能快速且有效地對振蕩進行抑制,并消除系統(tǒng)誤差,MPC方法用于抑制Ⅱ型PIOs的可行性得到了初步驗證。此外,基于Simulink仿真平臺,分別針對由不同的飛機模型與飛行員模型組成的閉環(huán)系統(tǒng),將MPC控制器與其他四種抑制器(如DASA抑制器,RLF抑制器等)進行了相位補償效果和階躍響應(yīng)對比。仿真結(jié)果顯示,相同輸入信號及飛行條件下,MPC控制器對系統(tǒng)的相位補償效果明顯好于其他四種抑制器,且系統(tǒng)響應(yīng)較好。在美國空軍標(biāo)準(zhǔn)(1797A-STD-ML)規(guī)定的正弦跟蹤、離散俯仰以及階躍跟蹤任務(wù)下,與其他抑制器的跟蹤情況相比,MPC控制器能夠有效跟蹤三種任務(wù),且控制效果較好。MPC方法的有效性進一步得到了驗證。
【關(guān)鍵詞】：模型預(yù)測控制( MPC ) 飛行員誘發(fā)振蕩(PIOs) 速率限制器 人-機閉環(huán)系統(tǒng) 相位滯后
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V328;V249
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景和意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文的工作14-15
• 第二章 飛行員誘發(fā)振蕩（PIOs）15-25
• 2.1 飛行員誘發(fā)振蕩簡介15-18
• 2.1.1 PIOs的定義15-16
• 2.1.2 PIOs的分類16-17
• 2.1.3 PIOs的影響因素17-18
• 2.2 Ⅱ型PIOs成因分析18-22
• 2.2.1 Ⅱ型PIOs18
• 2.2.2 速率限制器18-22
• 2.3 Ⅱ型PIOs的判別準(zhǔn)則22-24
• 2.3.1 描述函數(shù)（DF）法22-23
• 2.3.2 開環(huán)起始點（OLOP）準(zhǔn)則23
• 2.3.3 Gap等其他準(zhǔn)則23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 模型預(yù)測控制（MPC）方法及控制器設(shè)計25-34
• 3.1 MPC的理論發(fā)展25-30
• 3.1.1 MPC方法的主要組成部分25-27
• 3.1.2 MPC方法的特點27
• 3.1.3 MPC算法的基本原理27-30
• 3.2 MPC控制器的設(shè)計30-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第四章 MPC控制器作用于人-機閉環(huán)系統(tǒng)的仿真分析34-41
• 4.1 系統(tǒng)相位分析34-38
• 4.2 系統(tǒng)響應(yīng)分析38-40
• 4.3 本章小結(jié)40-41
• 第五章 MPC控制器與其他抑制器的作用對比41-58
• 5.1 相位抑制器41-44
• 5.1.1 死區(qū)增穩(wěn)抑制器DASA41-42
• 5.1.2 開關(guān)型抑制器DS42
• 5.1.3 速率限制反饋抑制器RLF42-43
• 5.1.4 SAAB抑制器43-44
• 5.2 相位補償效果對比分析44-47
• 5.3 階躍響應(yīng)對比分析47-52
• 5.4 特定任務(wù)下的仿真分析52-57
• 5.4.1 階躍跟蹤任務(wù)52-54
• 5.4.2 離散俯仰任務(wù)54-55
• 5.4.3 正弦跟蹤任務(wù)55-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 本文主要工作及結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻60-64
• 發(fā)表論文和科研情況說明64-65
• 致謝65-66

【參考文獻】

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本文編號：494411