民用飞机误操纵辅助驾驶飞行控制与飞行品质评估

作     者：周光锐 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘世前;薛瀛

授予年度：2020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：大型民用飞机 误操纵 安全增强 H∞鲁棒控制方法 LPV控制方法 飞行品质评估 

摘      要：大型民用飞机专项作为我国中长期发展规划重大研究专项课题之一,为促进我国科技发展有着重要作用。本文在国家工信部“十三五大型民机科研专项资金资助下,围绕大型民用飞机辅助驾驶飞行控制中的关键问题,开展了大型民机辅助驾驶控制方法研究、辅助驾驶飞行控制律设计和辅助驾驶控制系统飞行品质评估三方面研究工作,具体工作如下:1.建立了大型民机辅助驾驶控制模型,主要包括三部分:大型民用飞机动力学模型、辅助驾驶控制器和主动侧杆伺服控制系统模型。本文基于B747-100/200大型民用飞机的模型,运用刚体动力学中的相关知识建立了通用的大型民机非线性动力学模型,并运用雅克比线性化方法和小扰动原理,将所得到的非线性模型转化并解耦为纵向和横侧向运动线性模型,最后运用参数辨识的方法构建了民机线性参数时变(LPV)模型;运用线性参数时变系统鲁棒控制原理,在大迎角失速和低能量两种情况下,设计了民机辅助驾驶伺服控制律,并根据控制律建立了民机辅助驾驶控制系统;运用鲁棒控制原理,建立了主动侧杆伺服控制系统模型,主要包括主动侧杆动力学模型和鲁棒控制系统两部分。2.提出了飞机辅助驾驶切换控制策略。针对由于驾驶员误操纵造成的飞机参数大范围变化的情况,为了保证民用飞机的鲁棒稳定性能和伺服跟踪性能,论文开展了如下工作:a)提出一种基于LPV控制方法的飞机辅助驾驶控制系统设计方法,以保证该系统的鲁棒稳定性能;b)考虑到大迎角失速等特殊的飞行场景,设计了一种基于LPV控制方法的安全增强切换控制系统。仿真结果说明该切换控制系统在飞行员误操纵而引起飞机参数大范围变化的情况下能够具有较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能,保证飞机从异常状态中自动改出,增强飞机的安全性能。3.针对民机辅助驾驶系统,运用参数调度的鲁棒控制方法,开展了大型民机辅助驾驶系统的仿真,并对比了H鲁棒控制方法及LPV控制方法这两种控制方法在时域内的跟踪性能。4.运用带宽准则、CAP准则以及横侧向频率阻尼比准则,分析了LPV控制方法在不同工作点处的飞行品质,并与H鲁棒控制方法进行了纵向和横侧向运动飞行品质的对比分析。通过上述研究工作,本论文获得了大型民机辅助驾驶控制系统模型;运用增益调度的鲁棒控制方法解决了在大迎角失速、低能量两种状态下的异常态势辅助/自动改出问题;并运用带宽准则、CAP准则以及横侧向频率阻尼比准则对比分析了辅助驾驶控制系统的飞行品质。