【摘要】：隨著航空工業(yè)的發(fā)展,飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求越來越高。傳統(tǒng)基于PID的飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,參數(shù)眾多,設(shè)計(jì)和調(diào)參的工作量很大,傳統(tǒng)PID控制器的弊端越來越明顯。模型預(yù)測控制算法,具有多輸入多輸出的特性,能夠很好地處理約束條件,具有較好的控制性能。傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法效率低、周期長、錯(cuò)誤率高、修改困難,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜的飛行控制軟件開發(fā)。高安全性應(yīng)用開發(fā)環(huán)境SCADE使用基于模型的“Y”型軟件開發(fā)流程,無需人工手動編碼,能夠提高效率,節(jié)省時(shí)間和成本。本文的重點(diǎn)即是基于模型預(yù)測控制設(shè)計(jì)飛行控制系統(tǒng),并在SCADE環(huán)境中建立模型,進(jìn)行仿真驗(yàn)證。本文的工作包括:基于波音747-400建立了飛機(jī)運(yùn)動模型,進(jìn)行配平并在平衡點(diǎn)處進(jìn)行小擾動線性化;分別基于PID和MPC設(shè)計(jì)了縱向自動飛行控制器,基于PID的控制器包括:俯仰姿態(tài)的穩(wěn)定與控制、高度保持與控制和自動油門;詳細(xì)對比分析了MPC的兩種控制策略,并在MATLAB/Simulink中搭建模型;設(shè)計(jì)了兩個(gè)飛行任務(wù)場景,使用三個(gè)算法進(jìn)行了6組仿真實(shí)驗(yàn),從三個(gè)不同的角度對比分析仿真結(jié)果;在SCADE環(huán)境中搭建飛機(jī)模型和控制器模型,并進(jìn)行了安全性測試和代碼集成;在SCADE Display中搭建了飛機(jī)主飛行顯示器,并進(jìn)行聯(lián)合仿真,驗(yàn)證方案的可行性。研究結(jié)果表明:基于MPC的自動飛行控制器能夠很好的處理狀態(tài)量約束,抗干擾性更強(qiáng),控制性能優(yōu)于PID;本文在SCADE環(huán)境中搭建的飛行控制器功能達(dá)到預(yù)期,證明本文所采用算法和實(shí)現(xiàn)方案是可行的。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V249.1
【圖文】：

由此可見，飛機(jī)自動飛行控制系統(tǒng)能夠保證飛行器的穩(wěn)定性和操任務(wù)的能力與飛行品質(zhì)、增強(qiáng)飛機(jī)飛行的安全和減輕駕駛員負(fù)擔(dān)系統(tǒng)是研究設(shè)計(jì)大型客機(jī)必須考慮的重要方面。 模型預(yù)測控制的特點(diǎn)模型預(yù)測控制（Model Predictive Control，MPC）是在工業(yè)實(shí)踐過一種有效的控制方法[3]，能夠很好地解決非線性、時(shí)變、有時(shí)延控制問題[13]。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展也為新算法的產(chǎn)生提供了有測控制成為一類新型計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制算法。其控制過程可以有如下一采樣時(shí)刻，通過測量得到狀態(tài)量的值，然后在線求解開環(huán)優(yōu)化控制序列，通過滾動優(yōu)化，將求得的控制量作用于系統(tǒng)。在下一上述過程[14]。模型預(yù)測控制算法包含三個(gè)基本原理：基于模型的和滾動優(yōu)化。模型預(yù)測控制的結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1 所示。參考軌跡 滾動優(yōu)化 飛機(jī)spyry+u

圖 1-2 使用 SCADE 的“Y”型開發(fā)流程Fig.1-2 “Y” software development method using SCADE發(fā)流程如圖 1-3 所示，它可以分為上下兩部分：上半部分是做的工作，主要是以模型為核心的圖形化設(shè)計(jì)過程；下成和單元測試，通過 SCADE 提供的高安全性代碼生成，模型設(shè)計(jì)階段是整個(gè)軟件開發(fā)過程中的主要階段，系型的正確性，即使有部分錯(cuò)誤，圖形化的模型修改也很航空軟件有以下特點(diǎn)：模型的圖形化建模和仿真，簡單易學(xué)，一目了然，即使，其也可以很快上手，即使后期出現(xiàn)錯(cuò)誤，修改起來也技術(shù)可以提高開發(fā)者對整個(gè)系統(tǒng)的觀察深度和控制復(fù)設(shè)計(jì)基于嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論，在軟件開發(fā)的早期就徹底消文檔和設(shè)計(jì)文檔都是由模型自動生成的，并且可以根據(jù)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2714185