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新一代飞行器导航制导与控制技术发展趋势

航空学报 2024年第5期45卷 146-170页

作者：杨卫平航空工业西安飞行自动控制研究所西安710075

系统梳理了航空导航制导与控制技术的国内外发展现状,通过需求牵引、原理机理、产品实现、应用服务等方面的对比,分析了存在的差距并剖析了原因。在航空飞行器支撑体系化协同作战的大背景下,将网络化、体系化、智能化要求作为技术发展目... 详细信息

系统梳理了航空导航制导与控制技术的国内外发展现状,通过需求牵引、原理机理、产品实现、应用服务等方面的对比,分析了存在的差距并剖析了原因。在航空飞行器支撑体系化协同作战的大背景下,将网络化、体系化、智能化要求作为技术发展目标,在支撑新质作战概念、高精度自主导航、多体协同飞行器控制、新一代核心器件研发、下一代飞行器控制管理统一架构5个方面提出了导航制导与控制技术未来的发展重点和方案路线,最终在技术和管理2个层面提出行动建议,为引导中国优势创新资源有效联合,面向未来装备发展需要推进国防科技迈向高质量发展道路提供参考。

关键词：导航制导与控制航空飞行器高精度自主导航飞行控制飞行器管理

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基于双惯导协同的误差参数估计与融合算法

中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 319-325,335页

作者：贾继超祁帅夏家和寇得民刘鑫航天科技集团九院16所西安710100 西安飞行自动控制研究所西安710065

针对无外界参考信息的双惯导系统长期使用后系统参数发生变化导致导航精度降低,且系统间缺少信息融合的问题,提出了一种同等精度双惯导协同误差估计与信息融合算法。首先以两套旋转式惯导间相对速度误差与位置误差作为观测量,建立包含... 详细信息

针对无外界参考信息的双惯导系统长期使用后系统参数发生变化导致导航精度降低,且系统间缺少信息融合的问题,提出了一种同等精度双惯导协同误差估计与信息融合算法。首先以两套旋转式惯导间相对速度误差与位置误差作为观测量,建立包含陀螺和加速度计零偏的导航误差模型。然后分析了不同转序下各状态量的可观测性,采用Kalman滤波对各参数进行有效估计,估计完成后对双惯导系统进行误差补偿及信息融合。仿真结果表明,所提算法对陀螺零偏估计精度优于0.002(°)/h,加速度计零偏估计精度优于4μg,在抑制误差发散的同时,提高了旋转式惯导导航精度。

关键词：双惯导系统旋转调制误差估计数据融合

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基于自抗扰方法的无人机控制律设计

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1512-1522页

作者：左玲张翔伦李志宇秦玮侯琳杨森西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术重点实验室西安710070

针对多平台、多任务的无人机飞行控制律的快速开发问题,提出一种基于自抗扰方法的无人机控制律架构,设计了可复用的扩展状态观测器及微分跟踪器,研究对比了其在3种具有较大差异的无人机平台中的应用,使7 000 kg的超音速UAV_A获得了更优... 详细信息

针对多平台、多任务的无人机飞行控制律的快速开发问题,提出一种基于自抗扰方法的无人机控制律架构,设计了可复用的扩展状态观测器及微分跟踪器,研究对比了其在3种具有较大差异的无人机平台中的应用,使7 000 kg的超音速UAV_A获得了更优的敏捷性结果,在60 kg的缩比UAV_B完成了5.8g的半滚倒转大过载机动飞行试验,基于10 kg的平直翼UAV_C实现了12架机紧编队的精确轨迹控制飞行试验。仿真及试飞结果表明:所提自抗扰控制结构响应快速、控制精度高、鲁棒性强,能够较好地适应多类无人机、面向多种任务场景的控制需求,且不需调参就能够获得较好的控制效果,为飞行控制算法设计提供了新的技术途径。

关键词：自抗扰控制无人机飞行控制大过载机动飞行编队飞行非线性状态误差反馈控制

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宽谱光源谐振式光纤陀螺谐振特性分析

中国惯性技术学报 2024年第3期32卷 300-307页

作者：蓝士祺李俊吴凡闫博苏政澄岳亚洲中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所西安710065

为优化宽谱光源谐振式光纤陀螺(RFOG)谐振腔设计,进行了RFOG谐振特性分析。首先,根据光场传输理论完成了宽谱RFOG光场传输特性分析,建立了宽谱RFOG谐振频差曲线模型,给出了谐振特性参数表达式。理论证明了宽谱RFOG的陀螺精细度和半高全... 详细信息

为优化宽谱光源谐振式光纤陀螺(RFOG)谐振腔设计,进行了RFOG谐振特性分析。首先,根据光场传输理论完成了宽谱RFOG光场传输特性分析,建立了宽谱RFOG谐振频差曲线模型,给出了谐振特性参数表达式。理论证明了宽谱RFOG的陀螺精细度和半高全宽约为谐振腔光谱曲线的1/2和2倍。其次,基于宽谱RFOG光场理论模型,分析了耦合器交叉耦合系数、附加损耗和谐振腔腔长等谐振腔关键光学参数对陀螺精细度和极限灵敏度的影响。最后,实验验证了谐振特性理论分析的正确性,并通过优化谐振腔参数实现陀螺零偏不稳定性0.059°/h,对谐振式光纤陀螺工程设计具有理论指导意义。

关键词：谐振式光纤陀螺宽谱光源谐振特性光纤谐振腔

复杂环境下基于自监督LSTM网络的导航误差建模补偿

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中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 115-124页

作者：成果达岳亚洲韦彦一李四海西北工业大学自动化学院西安710072 西安飞行自动控制研究所西安710065

针对复杂环境下惯导系统存在交互影响和导航误差难以辨识的问题,提出了一种基于自监督长短期记忆(LSTM)网络智能组合模型的导航误差补偿方法。模型中的自监督温变速率模块不受到温度传感器精度的限制,从而实时计算更精确的温变速率,进... 详细信息

针对复杂环境下惯导系统存在交互影响和导航误差难以辨识的问题,提出了一种基于自监督长短期记忆(LSTM)网络智能组合模型的导航误差补偿方法。模型中的自监督温变速率模块不受到温度传感器精度的限制,从而实时计算更精确的温变速率,进一步提升了模型导航误差辨识的能力。在实验部分,基于多种复杂环境下的实验数据,通过消融实验验证了自监督模块的有效性。以飞行数据的北向速度为例,补偿前后的最大速度绝对误差分别为1.607 m/s和0.357 m/s。实验结果说明了所提方法可以减小复杂环境下的速度和位置误差,从而提升惯性导航精度.

关键词：惯性导航长短期记忆网络导航误差补偿自监督学习

基于CFD计算域分区耦合技术的航空微型溢流阀流固耦合全域数值计算研究

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航空学报 2024年

作者：朱嘉兴李奕宁牛世勇田一松李頔解一鸣航空工业西安飞行自动控制研究所

飞机液压作动系统微型插装式溢流阀具有微形流道结构，内部瞬时流体输运规律及诱发两相流的机制尚不明确，产品特性参数对性能的影响尚未明晰，亟需发展相关的仿真模型进行分析研究并开展实验验证工作。以某航空液压作动系统用微型插装... 详细信息

飞机液压作动系统微型插装式溢流阀具有微形流道结构，内部瞬时流体输运规律及诱发两相流的机制尚不明确，产品特性参数对性能的影响尚未明晰，亟需发展相关的仿真模型进行分析研究并开展实验验证工作。以某航空液压作动系统用微型插装式溢流阀为研究对象进行了仿真和试验研究。在仿真计算时，考虑了阀芯运动造成的溢流阀全域结构变化以及边界条件迁移的影响，在流固耦合技术的基础上提出了一种针对该型溢流阀流道结构的CFD计算域分区耦合技术，并以此完成了全域数值计算模型的建模工作。基于全空化模型、湍流模型和阀芯动力学计算模型，该CFD仿真模型可实现对溢流阀全工作周期内瞬态特性的准确模拟，可得到流体压力场、流体速度场、空化相变特性及运动组件动力学特性随阀芯动作的动态衍变规律。另一方面，搭建了溢流阀性能试验台用于仿真模型的正确性验证。并基于代理模型技术构建了CFD模型输入输出之间映射关系的Kriging模型，极大提升了原模型的计算效率。将其应用于较大计算规模的模型评估，以此进行了启闭及流量特性参数对输入参数的全局灵敏度分析。最后，以结果指导产品研制过程的优化。结果表明：该型溢流阀的启闭过程连续、迅速且稳定，可有效保障系统安全。仿真得到的压力-流量结果与试验数据较为吻合，全周期内最大误差保持在5%以内。弹簧特性和位移限制位置对溢流阀的启闭特性产生较大影响，需要在研制过程进行重点关注。本文工作有助于深入理解微型插装溢流阀内部复杂流动机理，可对其研制过程形成理论指导，对其所处液压作动系统的运行可靠性和稳定性提升具有较为重要的价值。

关键词：微型阀 CFD 流固耦合瞬态流场特性灵敏度分析

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机载捷联惯导系统振动性能提升研究

宇航学报 2024年第4期45卷 532-539页

作者：成果达瞿晓东张懿西北工业大学自动化学院西安710072 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710065

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩... 详细信息

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩阵振动微分方程;建立了惯导系统振动方程的数值解计算模型。其次,基于工程实际,使用数值仿真软件分析减振器批次刚度一致性和刚度各向异性的影响;并通过有限元仿真分析对比验证了减振器刚度波动导致的偏心距引起耦合角速度计算结果。最后分析了减振系统不同谐振频率对角振动幅值的影响机理。

关键词：捷联惯导系统振动性能角振动

基于统计分析与物理模型的批量小样本条件下作动器退化建模

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 1-9页

作者：潘晋新景博焦晓璇王生龙王可心空军工程大学航空工程学院西安710038 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710076

作动器是飞行控制系统的重要组成,其性能直接影响飞行安全。然而,大部分部件全寿命周期仅能获取2~3次的返所测试数据,性能退化样本极小,给作动器的性能预测带来困难。针对这一问题,提出了一种统计分析与物理模型结合的性能预测方法,首... 详细信息

作动器是飞行控制系统的重要组成,其性能直接影响飞行安全。然而,大部分部件全寿命周期仅能获取2~3次的返所测试数据,性能退化样本极小,给作动器的性能预测带来困难。针对这一问题,提出了一种统计分析与物理模型结合的性能预测方法,首先对批次型部件数据进行统计分析,建立作动器不同阶段的统计分布规律;然后,结合作动器退化的物理模型与统计规律,建立带有概率分布的作动器退化函数,并基于AMESim仿真对参数进行标定,得到不同时间与健康参数下的概率密度函数;最后,针对任一部件获取的健康参数,给出基于后验概率的概率密度函数更新方式。为验证方法的有效性,本文采用多个含有3个数据点的样本进行验证,统计预测值精度。结果表明,实测值在预测密度函数的3sigma范围的概率高达92.27%,证明预测密度函数能够在高置信度下表征作动器退化规律。

关键词：小样本退化建模统计分析作动器 AMESim仿真

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基于自适应无迹卡尔曼滤波的气流角融合方法

电光与控制 2024年

作者：吴云燕黄天鹏刘武朱雪耀马钊航空工业西安飞行自动控制研究所

迎角、侧滑角是影响飞控系统安全的关键参数，而大气数据系统在恶劣天气、机动飞行情况下难以准确测量气流角等，甚至在故障隔离失败情况下，引发飞行安全问题。基于此，提出基于自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）的气流角融合方法，通过惯... 详细信息

迎角、侧滑角是影响飞控系统安全的关键参数，而大气数据系统在恶劣天气、机动飞行情况下难以准确测量气流角等，甚至在故障隔离失败情况下，引发飞行安全问题。基于此，提出基于自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）的气流角融合方法，通过惯导系统和飞行器动力学模型信息构建滤波模型，同时将自适应滤波思想应用于无迹卡尔曼滤波器，利用观测残差序列构建卡方检验和自适应渐消矩阵，实现了动态飞行、故障情况下气流角的高精度输出。仿真结果表明，该算法的性能优于传统卡尔曼滤波算法，具有较大的工程应用价值。

关键词：迎角/侧滑角自适应无迹卡尔曼滤波故障自检测卡方检验渐消矩阵