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基于动态逆方法的飞行控制系统设计与仿真

作　者: 杜金刚
导　师: 章卫国
学　校: 西北工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 推力矢量控制 动态逆控制 动态逆解耦 奇异摄动理论 直接力控制
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 980次
引　用: 12次
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内容摘要


本论文分为两个部分,第一部分主要研究基于动态逆控制方法带推力矢量的飞机非线性控制律的设计。动态逆方法能够直接应用于飞机超机动、非常规机动的非线性控制问题。本文通过对飞机的系统特性进行深入分析,按照时标分离原理将飞机状态变量进行分组,同时考虑推力矢量和气动舵面融合等因素,再运用动态逆方法针对各子系统的响应特点分别设计控制律。 第二部分内容主要研究了动态逆方法应用于飞机直接力飞行控制。直接力可应用于飞机快速、灵敏、精确的航迹控制任务。本文对直接力控制方法的基本概念和工作原理进行了较为全面的阐述,并应用动态逆方法对直接力控制系统实现了较好的控制效果。 本论文主要完成以下几个方面的工作: 1) 将动态逆控制方法与时标分离原理相结合,应用于非线性飞行控制系统控制律的设计中。由于状态反馈型动态逆方法需要求全逆,本论文中将飞行控制系统的状态变量按时标分离原理分成快慢不同的控制回路再分别进行控制,有效的解决了飞行控制系统中这一较难解决的控制问题。 2) 对传统的飞机航迹控制和直接力航迹控制特点进行了介绍,指出了直接力在提高飞机快速、灵敏、精确的航迹控制任务中的优点。分析了各模态的控制原理及实现方法,并进行了相应的仿真验证。 3) 动态逆控制方法自身的不足之处为系统的稳态鲁棒性能较差,因为该方法首先假设已知对象精确数学模、且非线性部分能够充分对消。本文针对动态逆控制方法的不足之处提出了相应的改善措施,并取得了较为理想的效果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 论文的研究背景及意义  8-9
  1.2 动态逆方法概述  9-11
  1.3 直接力控制方法的提出及发展现状  11-13
  1.4 论文工作简介  13-15
第二章 动态逆原理及应用  15-32
  2.1 引言  15-16
  2.2 动态逆方法  16-22
    2.2.1 逆系统理论的基本概念  16-18
    2.2.2 逆系统的一般求解方法  18-20
    2.2.3 动态逆方法简介  20-22
  2.3 基于动态逆方法的控制器设计  22-26
    2.3.1 输出反馈型动态逆控制方法  22-23
    2.3.2 状态反馈型动态逆控制方法  23-24
    2.3.3 动态逆方法应用于线性多变量解耦控制系统  24-26
  2.4 动态逆控制器应用举例  26-31
    2.4.1 线性SISO系统动态逆控制器设计  26-29
    2.4.2 非线性SISO系统动态逆控制器设计  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章 一种非线性控制方法  32-37
  3.1 基于解析表达式的模糊数学模型  32-33
  3.2 一种非线性控制方法  33-35
  3.3 非线性与动态逆解耦综合控制  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 基于动态逆方法带推力矢量飞机的控制律设计  37-66
  4.1 飞机对象数学模型的建立  37-42
    4.1.1 飞机对象的数学模型  37-39
    4.1.2 发动机、执行机构及传感器介绍  39-40
    4.1.3 气动舵面与推力矢量融合控制  40-42
  4.2 状态反馈型动态逆方法在飞机控制系统中的应刚  42-45
    4.2.1 时标分离简介  42-44
    4.2.2 飞机模型的简化  44-45
  4.3 动态逆控制律的设计及构成  45-57
    4.3.1 快回路控制律的设计  45-50
    4.3.2 较慢回路控制律的设计  50-52
    4.3.3 滚转通道的特殊性及通道饱和的防止  52-53
    4.3.4 提高系统抗模型摄动能力  53-54
    4.3.5 慢回路控制律的构成及机动指令的产生  54-57
  4.4 飞机系统纵向仿真及结果分析  57-60
  4.5 飞机系统横侧向仿真及结果分析  60-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章 基于动态逆方法的直接力控制律设计  66-82
  5.1 直接升力控制  66-72
    5.1.1 直接升力的产生  67
    5.1.2 直接升力的作用点及非常规纵向机动模态  67-72
  5.2 直接升力模态控制律设计及仿真  72-74
  5.3 直接侧力控制  74-79
    5.3.1 产生直接侧力的途径  75-76
    5.3.2 直接侧力作用点及非常规侧向机动模态  76-79
  5.4 直接侧力模态控制律设计及仿真  79-81
  5.5 本章小结  81-82
第六章 基于动态逆方法的飞行控制仿真软件包  82-86
  6.1 主界面  82-83
  6.2 某带推力矢量飞机的飞行控制仿真界面  83-84
  6.3 某直接力控制飞机的飞行控制仿真界面  84-86
结束语  86-87
致谢  87-88
参考文献  88-91
在校期间发表的学术论文与研究成果  91-92
西北工业大学学位论文知识产权声明书  92
西北工业大学学位论文原创性声明  92

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
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