本文關(guān)鍵詞：飛機(jī)飛行的多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制研究與仿真

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【摘要】：飛機(jī)是二十世紀(jì)最重大的發(fā)明之一,其中軍用飛機(jī)更是現(xiàn)代化戰(zhàn)場上不可缺少的裝備。戰(zhàn)斗機(jī)是軍用飛機(jī)中的主力軍種,因此各國都將戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展擺在了至關(guān)重要的地位。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行的精準(zhǔn)控制和操縱,必須具有高品質(zhì)的飛行控制系統(tǒng),這是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計技術(shù)中不可缺少的重要環(huán)節(jié),也是現(xiàn)代高性能飛機(jī)實(shí)現(xiàn)安全飛行和完成復(fù)雜飛行任務(wù)的重要保證。飛機(jī)的運(yùn)動學(xué)模型具有強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn),同時機(jī)理復(fù)雜。本文采用了新提出的多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制算法來設(shè)計控制器,同時采用了滑模變結(jié)構(gòu)控制和PID控制設(shè)計控制器,這里重點(diǎn)介紹滑模變結(jié)構(gòu)控制,并且使用MATLAB進(jìn)行仿真并比較。本文根據(jù)飛機(jī)的物理模型建立了飛機(jī)理想條件下非線性、全耦合的六自由度運(yùn)動方程組,考慮到飛機(jī)實(shí)際飛行當(dāng)中的情況,仿真中加入了限幅舵機(jī)和陀螺儀等結(jié)構(gòu)。首先選取滑模變結(jié)構(gòu)控制作為第一種控制方法,這里采用趨近律滑模的方式來分通道設(shè)計控制器�？v向通道包含俯仰角和高度控制,橫側(cè)向通道包含滾轉(zhuǎn)控制和偏航控制。對內(nèi)環(huán)俯仰角和滾轉(zhuǎn)角采用趨近律滑模來設(shè)計滑�？刂破�,保證系統(tǒng)魯棒性,同時結(jié)合外環(huán)PID算法進(jìn)行高度跟蹤和航向控制來完成整個飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計。橫側(cè)向控制包含了水平轉(zhuǎn)彎和協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎兩種控制方式。然后采用新提出的多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制作為第二種控制方法。先介紹了多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制的理論以及應(yīng)用,之后介紹了用極小值原理求取最優(yōu)控制信號的自學(xué)習(xí)算法。分通道設(shè)計控制器,內(nèi)環(huán)控制器采用多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制,外環(huán)采用PID算法控制高度和偏航。使用了共軛梯度法優(yōu)化多維泰勒網(wǎng)參數(shù),進(jìn)行分通道的實(shí)驗(yàn)仿真。將分通道設(shè)計好的控制器組合,進(jìn)行了飛機(jī)平飛的全通道仿真,并將兩種控制算法的控制效果進(jìn)行比較。引入了風(fēng)干擾模型,并將風(fēng)干擾模型加入到飛機(jī)的數(shù)學(xué)模型中,再比較兩種控制方法的控制效果。使用MATLAB自帶的GUI進(jìn)行飛行控制系統(tǒng)仿真平臺的設(shè)計。在同等條件下,仿真結(jié)果表明多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制具有很好的控制效果。相比滑模變結(jié)構(gòu)控制和PID控制,采用多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制作為控制器的飛機(jī)平飛具有更好的機(jī)動性和抗干擾性。最后總結(jié)本文所做的工作,同時對后續(xù)工作做進(jìn)一步展望。
【關(guān)鍵詞】：飛機(jī) 飛行控制系統(tǒng) 滑模變結(jié)構(gòu)控制 多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制 MATLAB
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 飛機(jī)的研究意義與發(fā)展11-12
• 1.1.2 飛行控制系統(tǒng)簡介12-13
• 1.1.3 計算機(jī)仿真13-14
• 1.2 現(xiàn)有研究及不足14
• 1.3 項(xiàng)目介紹14-15
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 飛機(jī)數(shù)學(xué)模型分析17-33
• 2.1 飛機(jī)坐標(biāo)系及其相互轉(zhuǎn)換17-23
• 2.1.1 常用坐標(biāo)系17-18
• 2.1.2 坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換18-23
• 2.2 飛機(jī)所受力與力矩23-28
• 2.2.1 飛機(jī)的操縱機(jī)構(gòu)23-24
• 2.2.2 飛機(jī)所受的推力和重力24
• 2.2.3 飛機(jī)所受的空氣動力24-26
• 2.2.4 空氣動力矩26-28
• 2.3 飛機(jī)運(yùn)動方程組28-31
• 2.3.1 飛機(jī)運(yùn)動的假設(shè)28-29
• 2.3.2 飛機(jī)的動力學(xué)方程29-30
• 2.3.3 飛機(jī)的運(yùn)動學(xué)方程30-31
• 2.3.4 輔助方程31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計33-51
• 3.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制概述33-38
• 3.1.1 控制簡介33
• 3.1.2 基本概念33-36
• 3.1.3 抖振問題36-37
• 3.1.4 發(fā)展歷程及未來研究方向37-38
• 3.2 縱向通道控制器設(shè)計38-43
• 3.2.1 俯仰角控制38-41
• 3.2.2 高度控制41-43
• 3.3 橫側(cè)向通道控制器設(shè)計43-48
• 3.3.1 水平轉(zhuǎn)彎控制44-46
• 3.3.2 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制46-48
• 3.4 結(jié)果分析48-49
• 3.4.1 控制結(jié)果與分析48-49
• 3.4.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制優(yōu)缺點(diǎn)49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第四章 多維泰勒網(wǎng)控制器設(shè)計51-67
• 4.1 多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制簡介51-57
• 4.1.1 原理簡介51-53
• 4.1.2 系統(tǒng)描述53
• 4.1.3 研究現(xiàn)狀和應(yīng)用簡介53-54
• 4.1.4 多維泰勒網(wǎng)學(xué)習(xí)算法54-57
• 4.2 縱向通道控制器設(shè)計57-61
• 4.2.1 俯仰角控制57-60
• 4.2.2 高度控制60-61
• 4.3 橫側(cè)向通道控制器設(shè)計61-65
• 4.3.1 水平轉(zhuǎn)彎控制62-63
• 4.3.2 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制63-65
• 4.4 結(jié)果分析65-66
• 4.4.1 控制結(jié)果分析65
• 4.4.2 多維泰勒網(wǎng)優(yōu)化控制方法評估65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 全通道仿真與仿真平臺設(shè)計67-93
• 5.1 全通道仿真67-75
• 5.1.1 系統(tǒng)仿真設(shè)計流程圖67-68
• 5.1.2 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖68-69
• 5.1.3 系統(tǒng)仿真算法和流程圖69-71
• 5.1.4 全通道仿真實(shí)現(xiàn)71-72
• 5.1.5 全通道仿真結(jié)果72-75
• 5.2 風(fēng)干擾下條件下的飛機(jī)運(yùn)動學(xué)模型及仿真75-83
• 5.2.1 風(fēng)模型75-77
• 5.2.2 風(fēng)擾動下的飛機(jī)運(yùn)動學(xué)模型77-79
• 5.2.3 風(fēng)擾動下的仿真實(shí)驗(yàn)79-83
• 5.3 計算機(jī)仿真技術(shù)83-85
• 5.3.1 計算機(jī)仿真技術(shù)簡介83-84
• 5.3.2 MATLAB簡介84
• 5.3.3 M文件與GUI圖形用戶界面84-85
• 5.3.4 Simulink圖形仿真85
• 5.4 飛行控制系統(tǒng)仿真平臺設(shè)計85-91
• 5.4.1 框架結(jié)構(gòu)85-87
• 5.4.2 系統(tǒng)登錄和初始化87-88
• 5.4.3 控制策略的設(shè)計88-90
• 5.4.4 全通道仿真的設(shè)計90-91
• 5.4.5 風(fēng)干擾下全通道仿真的設(shè)計91
• 5.5 本章小結(jié)91-93
• 第六章 總結(jié)與展望93-97
• 6.1 主要研究內(nèi)容與結(jié)果總結(jié)93-94
• 6.1.1 主要工作93-94
• 6.1.2 結(jié)果總結(jié)94
• 6.2 后續(xù)工作展望94-97
• 致謝97-99
• 參考文獻(xiàn)99-103
• 發(fā)表論文列表103

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本文編號：1133688