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作者：张忠佐南京航空航天大学

学位级别：硕士

现代直升机受到各种复杂的操作限制,这些限制定义了其飞行包线。直升机飞行包线保护系统的任务是监测和保持直升机在这些限制范围内进行机动飞行。对于传统的飞行包线保护方法,飞行员需要对限制边界保持监视,这将增加飞行员的工作负荷... 详细信息

现代直升机受到各种复杂的操作限制,这些限制定义了其飞行包线。直升机飞行包线保护系统的任务是监测和保持直升机在这些限制范围内进行机动飞行。对于传统的飞行包线保护方法,飞行员需要对限制边界保持监视,这将增加飞行员的工作负荷。通过简化操作飞行包线的方式虽然可以将直升机限制在安全飞行范围内,但是不能完全发挥直升机的性能。为了降低飞行员工作载荷,提高直升机机动性能,实现直升机的“无忧机动”,有必要对直升机飞行包线保护方法进行研究。本文建立了UH-60直升机的非线性飞行动力学模型,并选取若干工作点对非线性模型进行了配平计算,并对模型进行线性化并获得了每个配平点上的线性状态空间模型。为飞行包线保护系统的设计奠定了基础。通过动态配平算法计算得到直升机准稳态飞行状态下限制参数与直升机慢状态量及操纵输入量之间的非线性映射关系;通过反馈控制实现了限制避免,并用了一个线性模型对控制策略进行了验证;使用人工神经网络对上述非线性映射进行了拟合,完成了包线保护系统的设计并进行了迎角和法向负载系数限制的飞行仿真实验验证。设计了基于自适应神经网络的自适应包线保护系统,使用单隐层神经网络对静态神经网络预测值与实际飞行响应之间的误差进行修正,并进行了飞行仿真实验验证。仿真结果表明,本文所研究的飞行包线保护方法可以对直升机飞行包线进行保护,有效提升直升机的机动性和可靠性。

关键词：动态配平飞行包线保护限制预测限制避免无忧机动

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民用飞机自动飞行包线保护研究

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软件导刊 2015年第8期14卷 35-37页

作者：柯劼李中上海飞机设计研究院飞控部上海201210

自动飞行包线保护用于保障飞行安全、实现飞行员无忧操纵,可减轻飞行员工作和心理负担,使得飞行员在自动飞行中无需顾虑飞机是否会超出安全包线飞行,这对提高运营安全性至关重要。简述了目前民用飞机自动飞行包线保护方法,研究了波音和... 详细信息

自动飞行包线保护用于保障飞行安全、实现飞行员无忧操纵,可减轻飞行员工作和心理负担,使得飞行员在自动飞行中无需顾虑飞机是否会超出安全包线飞行,这对提高运营安全性至关重要。简述了目前民用飞机自动飞行包线保护方法,研究了波音和空客公司正在运营的最先进民用飞机自动飞行包线保护模式,并对比两家公司自动飞行包线保护设计的异同,归纳出民用飞机自动飞行包线保护设计所需考虑因素。

关键词：民用飞机自动飞行控制系统飞行包线保护

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飞机结冰包线保护对开环飞行性能影响与仿真

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系统仿真学报 2010年第10期22卷 2273-2275,2301页

作者：应思斌艾剑良复旦大学力学与工程科学系上海200433

在所有的飞机失事事故中,由于飞机结冰造成的灾难是很重要的因素之一。为了解决飞机结冰后造成的飞机失速迎角减小以及飞行包线萎缩等安全隐患,通过引入结冰参数等,采用一种简化的飞机结冰模型的方法来仿真。仿真计算各种输入或者扰动下... 详细信息

在所有的飞机失事事故中,由于飞机结冰造成的灾难是很重要的因素之一。为了解决飞机结冰后造成的飞机失速迎角减小以及飞行包线萎缩等安全隐患,通过引入结冰参数等,采用一种简化的飞机结冰模型的方法来仿真。仿真计算各种输入或者扰动下,结冰飞机纵向各项性能响应。通过在线计算结冰失速迎角,建立开环状态下飞机包线保护系统,实时反馈失速迎角告警信息以提醒飞行员操作,从而保证飞机飞行的安全。仿真计算表明,该方法行之有效,而且概念清晰,计算简便,可以在实验条件不足的情况下,为仿真研究提供一种良好的方法。

关键词：飞机结冰飞行力学结冰参数失速迎角飞行包线保护

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基于约束预测控制的飞行失控包线保护研究

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航空计算技术 2015年第2期45卷 35-39页

作者：袁心高振兴李斌王浩锋南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 中国民航科学技术研究院北京100028

风切变等大气扰动现象严重威胁飞机起降飞行安全。在受到随机风切变干扰下,离线设计的最优控制器无法保证飞行状态始终处在正常包线内。在大型民机线性变参数模型的基础上,从预防飞行失控的角度研究风切变下飞机进场着陆的预测控制方法... 详细信息

风切变等大气扰动现象严重威胁飞机起降飞行安全。在受到随机风切变干扰下,离线设计的最优控制器无法保证飞行状态始终处在正常包线内。在大型民机线性变参数模型的基础上,从预防飞行失控的角度研究风切变下飞机进场着陆的预测控制方法。将飞行失控包线量化为状态约束,在此基础上设计在线模型预测控制器。仿真结果表明,利用预测控制的滚动优化策略,可使飞机在进场下滑阶段遭遇风切变时进行良好的下滑道捕获和跟踪,且将飞机状态始终约束在安全包线内。

关键词：飞行包线保护线性变参数模型预测控制风切变

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民机飞行特情状态预测及改出控制研究

民机飞行特情状态预测及改出控制研究

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作者：袁心南京航空航天大学

学位级别：硕士

民机飞行特情对飞行安全构成严重威胁。随着飞机本体安全性的提高,由大气扰动诱发的飞行特情的比例不断上升。飞机在大气扰动下执行预定飞行任务时,如何保持飞行状态参数在安全飞行包线内,是保证飞行安全的关键。论文基于某民机建模数据... 详细信息

民机飞行特情对飞行安全构成严重威胁。随着飞机本体安全性的提高,由大气扰动诱发的飞行特情的比例不断上升。飞机在大气扰动下执行预定飞行任务时,如何保持飞行状态参数在安全飞行包线内,是保证飞行安全的关键。论文基于某民机建模数据,建立完整的飞行动力学模型和线性变参数模型。并以安全改出飞行特情为目标,研究基于滚动优化的控制律算法,并专门针对飞机处于外部干扰情况下的下滑道捕获与跟踪的控制策略进行探讨。论文的主要研究内容有:(1)建立了全量非线性飞机动力学模型。基于民机建模数据,系统分析并建立了气动力和力矩模型,以及自动飞行控制系统模型,并结合验模数据进行了模型验证。全量模型已获得工程应用。(2)建立了用于民机起降阶段飞行特情分析的动力学模型。系统推导了含扰动风的近地面飞行动力学方程,建立起落架模型以用于飞机异常接地过程模拟。结合某民机建模数据和飞行记录数据,实现了该机重着陆和扰动风下擦地复飞的事故过程再现。(3)建立了用于下滑道捕捉与跟踪的纵向线性变参数LPV模型。系统分析了典型飞行状态下各项气动导数对空气动力和力矩的影响,获得简化三自由度模型。采用函数替代方法,建立了飞机纵向三自由度的LPV模型,并完成了模型验证仿真。(4)针对飞机进场着陆过程,采用模型预测控制方法完成控制器设计。在LPV模型的基础上,从飞行包线保护的角度,研究了飞机在扰动风影响下进场着陆的预测控制方法。并通过飞机下滑道跟踪仿真,验证了控制器的有效性。

关键词：线性变参数模型飞行包线保护模型预测控制风切变飞行特情

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基于非线性控制的大型民机包线保护策略研究

基于非线性控制的大型民机包线保护策略研究

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作者：龚思杰上海交通大学

学位级别：硕士

大型民用飞机是我国中长期发展规划十六个重大研究专项之一,在国家工信部民机科研专项(No.MJZ-2011-S-06,No.MJZ-2015-S-080)资金资助下,本论文围绕飞行控制系统设计中的包线保护这一主动控制问题,开展了基于非线性控制的大型民机飞行... 详细信息

大型民用飞机是我国中长期发展规划十六个重大研究专项之一,在国家工信部民机科研专项(No.MJZ-2011-S-06,No.MJZ-2015-S-080)资金资助下,本论文围绕飞行控制系统设计中的包线保护这一主动控制问题,开展了基于非线性控制的大型民机飞行包线保护策略研究工作,论文依次从大型民机的非线性动力学建模,反步法飞行控制律的设计,快速鲁棒反步控制律的研究,飞行包线保护策略的研究四个主要方面进行了阐述,具体内容如下:1.以波音B747-100/200大型民机为研究对象,研究六自由度刚体非线性动力学。首先,利用刚体一般运动方程,推导了气流系变量和航迹系变量的动力学方程。其次,采用气动系数和气动导数建立气动参数模型,计算气动力和力矩,并研究了模型中重力、气动、推进、风力项力和力矩的表达式。最后对动力学模型包括仿真使用的模型和非线性控制律设计使用的矩阵形式模型进行了总结,并简化出纵向运动模型,利用MATLAB/Simulink对飞机模型的开环特性进行分析。2.针对大型民机非线性标称模型的控制问题,设计了基于反步法的指令跟踪控制律。首先,运用李亚普诺夫稳定性理论给出了反步法跟踪控制律的一般形式,结合飞行器纵向运动显式方程,研究了控制律参数对指令跟踪反步法控制律的性能影响。其次,根据第二章建立的纵向运动单输入单输出模型,采用反步方法设计了俯仰角和攻角的指令跟踪控制律。最后,设计了矢量反步姿态跟踪控制律,应用于六自由度多输入多输出模型。仿真结果表明,在标称模型下,指令跟踪效果很好;当模型存在不确定或发生故障时,指令跟踪效果受到影响,性能有所降低。3.针对大型民机非线性、模型不确定的控制问题,利用快速终端滑模理论,研究了一类快速鲁棒反步控制方法。首先运用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络、快速终端滑模、反步控制思想,提出了一种快速鲁棒自适应反步(Fast Robust Adaptive Backstepping,FRAB)控制律设计方法。该方法具有指令跟踪误差收敛速度快,跟踪精度高,鲁棒性好等优点。其次,利用超螺旋滑模控制方法设计了基于非线性干扰观测器的快速鲁棒反步控制律,仿真结果显示,该方法不仅继承了FRAB控制器的特点,还能快速准确地估计复合干扰。最后,利用基于传感器反步控制(Sensor Based Backstepping,SBB)方法,设计了快速鲁棒控制律,该方法需要使用传感器信息,不依赖于模型,不必对扰动进行估计就具有鲁棒能力。4.针对大型民机包线保护的控制问题,探讨了不同的包线保护的策略。首先对经典的迎角限制器的性能做了分析。其次,采用预测控制,设计了一种直接具有包线保护功能的控制器。最后,基于第四章提出的快速鲁棒反步控制器,提出两种保护方案即指令限制和控制模态切换,应用到包线保护的控制任务中。控制模态切换策略具有设计简单的特点,但是由于切换,存在稳定性证明困难。指令限制策略能保证稳定性,需要利用模型进行设计。两种方法的性能都优于传统的迎角限制器,并且在故障条件下的仿真表明,设计的包线保护控制器具有良好的容错能力。在波音B747飞机上的仿真验证了设计的容错保护算法在模型不确定干扰和发生结构故障情况下的有效性。通过以上研究工作,本论文解决了大型民机姿态指令鲁棒跟踪控制问题,采用指令限制等控制策略结合FRAB指令跟踪控制器解决了大型民机容错飞行包线保护问题。

关键词：大型民用飞机非线性控制飞行包线保护快速鲁棒自适应反步终端滑模

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