基于多变量解耦的直接升力控制应用与仿真

作     者：职晓波 

作者单位：西北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐永哲

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：直接升力控制 解耦 逆奈奎斯特阵列 状态反馈和输入变换 特征结构配置 阵风载荷减缓 

摘      要：直接力控制是主动控制技术要实现的主要功能之一，它的主要目的在于通过附加直接升力操纵面实现飞机运动参数之间部分或完全的解耦，直接产生不改变飞行姿态而期望改变航迹的气动力。此功能的实现无论对民用飞机还是军用飞机都具有重大的意义。 解耦控制是直接力控制中最关键的技术。通过对直接升力控制的实现原理的详尽分析和直接升力控制3种基本模式的解耦参数间组合形式的探讨，分别采用了三种方法，即：基于多变量频域理论的逆奈奎斯特阵列法、基于状态空间理论的状态反馈与输入变换法以及输出反馈的特征结构配置法设计了3种不同的直接升力控制解耦控制器，从频域和时域两个不同的角度分别进行研究，给出了不同的结果。三种方法在理论探讨和工程实现上各有异同，通过对得到的控制器的结构进行相互比较，逆奈奎斯特阵列法和输出反馈的特征结构配置法具备更大的工程应用和实现效果。重点在逆奈奎斯特阵列方法上作了深入研究，采用了结合系统格氏带和阶跃响应曲线共同分析系统耦合响应的图形判断法则，对格氏带包围原点的前提下仍然可能解耦的情况进行了分析，并通过实例得到了有效验证。 三种解耦控制方法的设计效果，从算例飞机的仿真结果来看，都达到了预期的目标，实现了直接升力控制的三种模式。通过比较，在响应时间和控制精度满足要求的条件下，逆奈奎斯特方法对数学模型的精准性要求相对较低，得到的解耦控制器结构相对也最为简单，在直接升力控制上具备更强的优越性和可实现性。 作为直接升力控制的应用，设计了阵风载荷减缓系统，考虑了采用直接升力控制可以不改变飞行姿态而改变飞行航迹的特点来进行飞机上附加法向载荷的抑制。仿真结果表明，采用直接升力控制实现阵风减缓的方案是可行的。