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飞行/推进综合系统集中控制技术及其分离方法研究

作 者: 李彦双
导 师: 孙健国
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 飞行/推进综合控制 状态空间模型 拟合法 矢量推力 ALQR方法 混合灵敏度H_∞方法 集中控制器 控制器分离
分类号: V233.7
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 14次
引 用: 3次
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内容摘要


飞行/推进综合控制是未来先进飞机和发动机控制的发展趋势。本文主要开展了飞行/推进综合系统集中控制技术及其分离方法的研究。本文首先研究了建立飞机/推进综合系统状态空间模型拟合法,拟合法所求取的状态空间模型具有很高的精度,为下一步控制系统设计奠定了基础。接着采用ALQR方法设计了基于矢量推力的飞行控制系统,验证了采用矢量推力控制飞机飞行的可行性。然后研究了飞行/推进综合系统集中控制技术,分别采用混合灵敏度H_∞方法和ALQR方法设计了飞行/推进综合系统集中控制器,非线性仿真结果表明均取得了很好的效果。集中控制器的优点是由于考虑了子系统耦合而性能最优,缺点是控制器阶次较高,难以在现有的控制结构上实现,且无法在目前的科研生产管理体制下进行管理。于是本文最后开展了飞行/推进综合系统控制器分离方法的研究,这里“分离”是指,求取几个具有特定交联结构的低阶子控制器来近似原高阶集中控制器,同时保证分离子控制器的闭环性能和集中控制器的闭环性能尽可能一致,这样通过分离,使得集中控制器的闭环性能基本得到保持,而分离子控制器阶次较低也非常便于实现,同时允许独立的子系统控制校验。本文研究了两种控制器分离方法,一种是解析的,另一种是优化的,优化方法以解析的分离子控制器为初始解,求取一组最优的分离子控制器,使其闭环性能更接近于集中控制器的闭环性能。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 飞行/推进综合控制的必然性  12-13
  1.2 国内外飞行/推进综合控制研究现状  13-15
  1.3 本文内容安排  15-16
第二章 飞机/推进综合系统实时仿真模型  16-28
  2.1 概述  16
  2.2 飞机模型介绍  16-19
    2.2.1 纵向平面内的气动力和气动力矩  16-17
    2.2.2 常规推力下飞机纵向运动微分方程组  17-18
    2.2.3 矢量推力下飞机纵向运动微分方程组  18-19
    2.2.4 数值积分法求解微分方程  19
  2.3 推进系统模型介绍  19-24
    2.3.1 建立发动机稳态数学模型  20-22
    2.3.2 发动机动态模型的建立及计算  22-23
    2.3.3 发动机的三个工作阶段及控制计划  23-24
  2.4 飞机/推进综合系统实时仿真模型的初始化  24-27
    2.4.1 飞机模型的初始化  25
    2.4.2 推进系统模型的初始化  25-27
      2.4.2.1 推力解算的控制方程  25
      2.4.2.2 推力解算的计算模式及相应的控制方程、初猜值  25-27
      2.4.2.3 推力解算稳态模型计算  27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 基于矢量推力的飞行控制系统设计  28-40
  3.1 概述  28
  3.2 飞机/推进综合系统状态空间模型建立  28-33
    3.2.1 状态空间模型变量的选取  28-29
    3.2.2 状态空间模型系统矩阵的求取  29-31
      3.2.2.1 两个关键MATLAB 函数的介绍  29-30
      3.2.2.2 拟合法求取系统矩阵  30-31
    3.2.3 状态空间模型系统矩阵求解实例  31-32
    3.2.4 加入执行机构并进行归一化处理  32-33
  3.3 ALQR 方法  33-35
  3.4 高度控制器  35-36
  3.5 非线性仿真实例  36-38
    3.5.1 爬升仿真  36-37
    3.5.2 平飞加速仿真  37-38
  3.6 本章小结  38-40
第四章 飞行/推进综合系统集中控制器设计  40-50
  4.1 概述  40-41
  4.2 飞机/推进综合系统线性模型建立  41-42
  4.3 高度控制器  42
  4.4 基于混合灵敏度H_∞方法的集中控制器  42-47
    4.4.1 混合灵敏度H_∞方法  42-44
    4.4.2 非线性仿真实例  44-47
      4.4.2.1 爬升仿真  45-46
      4.4.2.2 平飞加速仿真  46-47
  4.5 基于ALQR 方法的集中控制器设计  47-49
    4.5.1 爬升仿真  47-48
    4.5.2 平飞加速仿真  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第五章 飞行/推进综合系统控制器分离方法研究  50-61
  5.1 概述  50
  5.2 IMPAC 方法  50-52
  5.3 控制器分离问题一般描述  52-54
  5.4 飞机/推进综合系统线性控制设计模型  54-55
  5.5 解析的控制器分离  55-58
  5.6 优化的控制器分离  58-59
  5.7 非线性仿真  59-60
  5.8 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 总结  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
在学期间的研究成果与发表的学术论文  69

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机(推进系统) > 发动机附件系统 > 自动控制系统
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