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强扰动下飞翼飞机着陆控制技术研究

作　者: 郭玲
导　师: 陆宇平
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 大气紊流蒙特卡罗方法飞翼 H∞/H2控制
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

飞翼是未来飞行器设计的一个方向,翼身融合的气动布局使飞翼具有很好的隐身性能,并且适合高空长航时作业,但是也存在着在低空低速阶段控制难度大、易受干扰等问题。本文首先对包括紊流、突风和平均风在内的风扰动做了仿真,用以验证控制器的性能。然后以下滑段的飞翼线性模型为被控对象,以抑制扰动为目的,基于线性矩阵不等式的方法设计了混合H_∞/H₂状态反馈控制器。在扰动的仿真中,重点是大气紊流的仿真。本文根据Von Karman大气紊流速度频谱和大气紊流梯度频谱,用蒙特卡罗方法实现紊流速度和梯度的仿真。分析不同方向的紊流速度和紊流梯度的频谱,依据它们各自的特点,分别采用不同的随机变量抽样方法。对横向紊流速度的抽样,在保证正确抽样的同时,加入合理的假设,提高变量的抽样效率。对绕x轴的两个紊流梯度的仿真中,为了提高变量抽样效率,放弃了一般使用的工程应用公式,采用了理论公式。最后用紊流的直方图,直观地验证了紊流仿真的正确性和合理性。建立了飞翼着陆下滑段的线性模型,并且分析了这一状态下飞翼的纵向和横侧向的静稳定性和运动模态。跟据分析的结果设计了飞翼纵向和横侧向的PID增稳系统。简单介绍了基于线性矩阵不等式的H_∞/H₂控制器设计方法,对控制器设计中的一些问题作了讨论。用这种方法设计了系统的状态反馈H_∞/H₂鲁棒控制器,并与PID控制器进行比较。实验结果证明所设计的鲁棒控制器对扰动有一定的抑制效果,而且控制输入很小。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-19
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究内容和研究方法  13-18
    1.2.1 强扰动  13-15
    1.2.2 大气紊流仿真  15
    1.2.3 蒙特卡罗方法  15-16
    1.2.4 鲁棒控制器设计  16-17
    1.2.5 H∞控制理论  17-18
  1.3 本文的内容安排  18-19
第二章风扰动模型与仿真  19-34
  2.1 风扰动概述  19
  2.2 蒙特卡罗方法  19-21
    2.2.1 蒙特卡罗方法的基本思想  19-20
    2.2.2 几种随机变量抽样方法  20-21
  2.3 紊流的模型与仿真  21-25
    2.3.1 简化假设  21-22
    2.3.2 紊流模型  22-23
    2.3.3 紊流速度仿真方法  23-24
    2.3.4 紊流梯度仿真方法  24-25
  2.4 突风模型与仿真  25-27
  2.5 平均风的仿真  27-28
  2.6 仿真结果及分析  28-34
第三章飞翼建模与特性分析  34-47
  3.1 飞翼的非线性模型  34-37
    3.1.1 坐标系定义  34-35
    3.1.2 飞翼的数学模型  35-36
    3.1.3 风扰动下的飞翼模型  36-37
  3.2 飞翼的线性模型  37-40
    3.2.1 飞机配平  37
    3.2.2 飞翼的线性模型  37-39
    3.2.3 风扰动下的飞翼线性模型  39-40
  3.3 飞翼飞机特性分析  40-43
    3.3.1 飞翼飞机静稳定性分析  40-41
    3.3.2 飞翼飞机运动模态分析  41-43
  3.4 飞翼的增稳系统  43-47
    3.4.1 飞翼的纵向增稳系统  43-44
    3.4.2 飞翼的横侧向增稳系统  44-47
第四章基于矩阵不等式的H_∞/H_2鲁棒控制技术  47-70
  4.1 H_∞控制理论  47-50
    4.1.1 H_∞鲁棒控制的基本思想  47-48
    4.1.2 标准H控制控制问题  48-49
    4.1.3 基于线性矩阵不等式的H_∞控制器设计  49-50
  4.2 H_2 控制理论  50
    4.2.1 H_2 控制问题  50
    4.2.2 基于线性矩阵不等式的H_2 控制器设计  50
  4.3 基于线性矩阵不等式的H_∞/H_2 控制器设计  50-51
  4.4 控制器设计中加权系数的选择  51-55
    4.4.1 关于C 阵和D 阵的选择  51-54
    4.4.2 关于H_∞/H_2 控制分配系数的选择  54-55
  4.5 鲁棒控制器设计与仿真  55-70
    4.5.1 设计仿真环境  55-56
    4.5.2 飞翼纵向系统的鲁棒控制器  56-60
    4.5.3 飞翼横侧向系统的鲁棒控制器  60-63
    4.5.4 飞翼的鲁棒控制器  63-70
第五章总结与展望  70-72
  5.1 本文主要工作总结  70
  5.2 后续工作的一些思考  70-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76

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