陆空车辆飞行包线研究

作     者：黄楠 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马越

授予年度：2016年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：陆空车辆 飞行包线 μ综合 控制器切换 

摘      要：本文的研究对象陆空车辆,是一种具备空中巡逻、救援和交通运输等多种功能,能广泛应用于军事和民用领域的具有陆地行驶和空中飞行能力的多用途作战平台和综合交通工具。本文围绕陆空车辆的飞行包线问题展开研究,研究内容包括陆空车辆飞行动力学建模、系统模态分析、陆空车辆模型开环飞行包线研究、基于μ综合控制技术和PID控制技术的飞行控制系统设计与实现以及陆空车辆闭环飞行包线研究、陆空车辆大飞行包线范围下控制器切换的设计与实现。文章首先从陆空车辆的结构特点入手,分析了陆空车辆建模的特点,确定了陆空车辆飞行动力学模型结构,运用空气动力学和刚体动力学建立了陆空车辆的飞行动力学模型。其次,通过遗传算法和序列二次规划完成陆空车辆模型的配平计算,采用中心差分法获取了小扰动假设下的线性模型,从而初步得到陆空车辆飞行包线的范围。然后基于线性模型对陆空车辆的特性进行了深入的分析,通过极点分布、灵敏度矩阵、奇异值等对已经得到的陆空车辆飞行包线进行稳定性分析,进而得到陆空车辆模型开环时的飞行包线。然后,针对第三章得到的陆空车辆开环时的飞行包线,运用μ综合控制技术设计了陆空车辆内环的姿态控制器,该方法能有效地跟踪、抑制阵风干扰且有很好的鲁棒性。运用PID控制技术完成了外环速度和高度的控制。本章还分别对爬升飞行的飞行包线以及协调转弯飞行的飞行包线的内外环的控制器性能进行了仿真和评估,仿真的结果表明:设计的飞行控制系统在飞行包线范围内具有较强的抗干扰能力和良好的鲁棒性,能够达到飞行包线范围内对控制器的要求。最后,针对陆空车辆大飞行包线内设计的多个控制器,提出了一种结合软化环节的鲁棒控制器软切换方法,并且对控制律的切换进行了仿真和评估,结果表明设计的软切换方法对陆空车辆飞行包线范围内不同飞行状态之间的切换具有较为快速准确的跟踪性。