本文關(guān)鍵詞：強(qiáng)氣流干擾下客機(jī)的魯棒容錯(cuò)飛行控制

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【摘要】：隨著現(xiàn)代航空業(yè)的發(fā)展,民用客機(jī)作為快速便捷的載人運(yùn)輸工具,安全、高效、環(huán)保、舒適是其追求的首要目標(biāo)。民用客機(jī)在巡航飛行過程中常常遇到強(qiáng)氣流干擾甚至同時(shí)伴隨某種故障的發(fā)生,一方面使得客機(jī)容易疲勞損壞,降低使用壽命;另一方面影響乘客的乘坐品質(zhì),增加飛行員的操縱負(fù)擔(dān)。因此具有魯棒容錯(cuò)能力的飛行控制系統(tǒng)對于客機(jī)的飛行安全和性能起著至關(guān)重要的作用。本文主要針對民用客機(jī)研究強(qiáng)氣流干擾和執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障下的魯棒容錯(cuò)飛行控制方法,論文主要研究內(nèi)容如下:首先,以民用客機(jī)為研究對象,給出了客機(jī)的剛體運(yùn)動(dòng)非線性數(shù)學(xué)模型。為了研究方便,根據(jù)小擾動(dòng)方法得到了線性化的客機(jī)運(yùn)動(dòng)模型。選取大氣紊流作為強(qiáng)氣流干擾進(jìn)行建模,進(jìn)而建立了客機(jī)—紊流綜合模型。然后,將強(qiáng)氣流干擾視為未知干擾的一種,研究未知干擾下客機(jī)的魯棒飛行控制。針對縱向通道,設(shè)計(jì)了基于增廣狀態(tài)觀測器的輸出反饋控制器,將未知干擾增廣到狀態(tài)向量中,控制器利用增廣狀態(tài)觀測器的輸出來抵消外部干擾與不確定性對系統(tǒng)的影響。針對側(cè)向通道,設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的自抗擾控制器,利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)的總擾動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)并給予相應(yīng)的補(bǔ)償。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制器可以有效的抑制未知干擾,具有良好的魯棒性。其次,針對民用客機(jī)受到大氣紊流干擾,將紊流和舵機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)增廣到客機(jī)的橫側(cè)向運(yùn)動(dòng)當(dāng)中,采用內(nèi)環(huán)LQG/LTR方法求解卡爾曼濾波器的穩(wěn)態(tài)增益和最優(yōu)反饋控制器,并結(jié)合外環(huán)PID控制器以滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能保證系統(tǒng)輸出精確跟蹤參考輸入,具有良好的控制效果,能夠使客機(jī)在大氣紊流中平穩(wěn)飛行。接著,考慮存在強(qiáng)氣流干擾和執(zhí)行器失效故障的客機(jī)橫側(cè)向不確定系統(tǒng),采用了一種更一般、更實(shí)際的連續(xù)故障模型,基于李雅普諾夫方法設(shè)計(jì)了魯棒容錯(cuò)跟蹤控制器,使得閉環(huán)系統(tǒng)在執(zhí)行器出現(xiàn)失效故障時(shí)能保持穩(wěn)定,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制器可以抑制模型不確定性和強(qiáng)氣流干擾所帶來的影響。最后,考慮存在強(qiáng)氣流干擾和執(zhí)行器失效、卡死故障的客機(jī)橫側(cè)向不確定系統(tǒng),將基于偽逆的控制分配方法和自適應(yīng)魯棒控制器相結(jié)合,通過求解線性矩陣不等式得到魯棒容錯(cuò)跟蹤控制器,利用李雅普諾夫方法證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能有效的補(bǔ)償執(zhí)行器失效、卡死故障帶來的不利影響,保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1156140