發(fā)布時間：2017-11-08 07:18

  本文關(guān)鍵詞：強氣流干擾下客機的魯棒容錯飛行控制

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【摘要】：隨著現(xiàn)代航空業(yè)的發(fā)展,民用客機作為快速便捷的載人運輸工具,安全、高效、環(huán)保、舒適是其追求的首要目標(biāo)。民用客機在巡航飛行過程中常常遇到強氣流干擾甚至同時伴隨某種故障的發(fā)生,一方面使得客機容易疲勞損壞,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)。因此具有魯棒容錯能力的飛行控制系統(tǒng)對于客機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研究強氣流干擾和執(zhí)行機構(gòu)故障下的魯棒容錯飛行控制方法,論文主要研究內(nèi)容如下:首先,以民用客機為研究對象,給出了客機的剛體運動非線性數(shù)學(xué)模型。為了研究方便,根據(jù)小擾動方法得到了線性化的客機運動模型。選取大氣紊流作為強氣流干擾進行建模,進而建立了客機—紊流綜合模型。然后,將強氣流干擾視為未知干擾的一種,研究未知干擾下客機的魯棒飛行控制。針對縱向通道,設(shè)計了基于增廣狀態(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)計了基于擴張狀態(tài)觀測器的自抗擾控制器,利用擴張狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)的總擾動進行實時估計并給予相應(yīng)的補償。仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計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,針對民用客機受到大氣紊流干擾,將紊流和舵機動態(tài)系統(tǒng)增廣到客機的橫側(cè)向運動當(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)動態(tài)性能指標(biāo)。仿真結(jié)果表明所設(shè)計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,能夠使客機在大氣紊流中平穩(wěn)飛行。接著,考慮存在強氣流干擾和執(zhí)行器失效故障的客機橫側(cè)向不確定系統(tǒng),采用了一種更一般、更實際的連續(xù)故障模型,基于李雅普諾夫方法設(shè)計了魯棒容錯跟蹤控制器,使得閉環(huán)系統(tǒng)在執(zhí)行器出現(xiàn)失效故障時能保持穩(wěn)定,仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計的控制器可以抑制模型不確定性和強氣流干擾所帶來的影響。最后,考慮存在強氣流干擾和執(zhí)行器失效、卡死故障的客機橫側(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)計的控制器能有效的補償執(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1

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本文編號：1156140