新一代歼击机超机动边界生成与保护控制

发布时间：2017-10-30 22:16

  本文关键词：新一代歼击机超机动边界生成与保护控制

  更多相关文章： 集方法 基于避障思想的边界生成方法 动态矩阵控制 边界保护先进歼击机 超机动 非线性模型 backstepping控制 滑模干扰观测器 可达平衡

【摘要】：随着科技的发展,新一代歼击机的机动性能得到了很大的提升。对于歼击机在超机动情况下的安全要求也随之提高。所谓机动飞行的安全性,是指歼击机在进行超机动飞行时,状态量及控制量均不超出限制边界。为了实现“无忧虑”操作,将边界保护控制系统引入到飞行控制系统中。对于给定的边界值,边界保护控制系统可以使受限量不超出边界值。这对于保证飞行的安全性及实现驾驶员的“无忧虑”操纵有着重要意义。因此,歼击机超机动边界生成与保护控制研究是一项具有前瞻性和挑战性的课题。本文针对这一问题,首先对先进歼击机模型进行建模与分析,在此基础上,考虑模型受扰情况下的歼击机飞行控制器设计。引入边界判定方法及生成方法,生成受限参数的安全边界,并与保护控制方法结合,组成边界保护控制系统。论文的主要工作内容如下:首先,建立先进歼击机非线性数学模型,并通过对模型的结构、参数设置以及飞行开环零输入响应、通道耦合特性进行分析,验证所建立模型的有效性,为后面的超机动边界生成及边界保护研究提供基础。然后,针对具有参数不确定和外界干扰的歼击机进行了控制器的设计。结合滑模干扰观测器及backstepping方法进行了歼击机飞行控制律设计,backstepping设计的每一步中均采用滑模干扰观测器对复合干扰进行逼近,并设计鲁棒项补偿观测误差。采用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差最终有界并证明了闭环系统的稳定性。通过对比仿真证明该方法对复合干扰具有良好的抑制效果。接着,对歼击机进行气动参数分析,在此基础上提出了飞行边界的定义,并介绍了机动边界的判定方法,即可达平衡集方法。利用可达平衡集方法对俯仰机动条件下的迎角边界进行判定,并对比有、无推力作用下迎角边界,分析推力对迎角边界的影响。针对现有边界,提出基于避障思想的边界生成方法,根据当前状态和控制输入,生成受限变量的安全响应轨迹。安全轨迹将被作为歼击机边界保护控制系统的子模块被用于边界保护控制。最后,研究了歼击机超机动情况下边界保护控制系统设计问题。首先介绍了动态矩阵控制方法,并将其应用到飞行保护控制系统中。将飞行控制器及安全轨迹生成系统模块化,加入到边界保护控制系统中,保证歼击机在正常飞行及超机动飞行情况下的安全控制。针对F-16模型,验证所设计系统在歼击机超机动作用下的保护控制作用。并进行仿真验证,仿真结果表明,在歼击机超机动过程中,边界保护系统体现出较好的保护性能。
【关键词】：集方法 基于避障思想的边界生成方法 动态矩阵控制 边界保护先进歼击机 超机动 非线性模型 backstepping控制 滑模干扰观测器 可达平衡
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V271.41
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 注释表12-15
• 缩略词15-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 飞行控制技术现状17-21
• 1.2.1 飞行控制系统发展进程17-18
• 1.2.2 飞行控制方法研究现状18-20
• 1.2.3 受扰系统控制方法研究现状20-21
• 1.3 边界保护控制研究现状21-23
• 1.4 主要研究内容安排23-25
• 第二章 新一代歼击机仿真模型建立及性能分析25-36
• 2.1 引言25-26
• 2.2 歼击机模型的建立26-31
• 2.2.1 飞机模型介绍26-27
• 2.2.2 歼击机的非线性数学模型27-29
• 2.2.3 结构参数29
• 2.2.4 飞机控制机构29-30
• 2.2.5 标准大气模型30-31
• 2.3 飞机飞行特性分析31-35
• 2.3.1 开环零输入响应特性分析31-32
• 2.3.2 通道耦合特性32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 基于SMDO的飞行姿态鲁棒backstepping控制36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 基于SMDO的飞行姿态鲁棒backstepping控制器设计36-44
• 3.2.1 问题描述36-41
• 3.2.2 滑模干扰观测器设计41-42
• 3.2.3 基于SMDO的鲁棒backstepping控制器设计42-44
• 3.3 仿真验证44-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 歼击机超机动边界判定与生成50-69
• 4.1 引言50-51
• 4.2 先进歼击机气动参数分析51-57
• 4.2.1 静态力系数分析51-53
• 4.2.2 静态力矩系数分析53-55
• 4.2.3 动导数分析55-57
• 4.3 飞行边界的定义与判定方法57-59
• 4.3.1 飞行边界的定义与分类57-58
• 4.3.2 飞行边界的判定方法58-59
• 4.4 超机动条件下的边界判定方法59-63
• 4.4.1 可达平衡集方法59-60
• 4.4.2 俯仰机动下迎角边界判定60-63
• 4.5 基于避障思想的安全边界生成方法63-68
• 4.5.1 避障思想描述63-64
• 4.5.2 基于避障思想的安全边界生成方法64-67
• 4.5.3 仿真结果67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 歼击机超机动边界保护与控制系统69-82
• 5.1 引言69-70
• 5.2 基于动态矩阵控制的控制律设计70-75
• 5.2.1 控制原理70-71
• 5.2.2 动态矩阵控制方法改进71-75
• 5.2.3 最优控制律计算75
• 5.3 歼击机超机动边界保护控制系统设计75-77
• 5.4 仿真与结果分析77-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 本文的主要工作82-83
• 6.2 本文的不足与展望83-84
• 参考文献84-89
• 致谢89-90
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵楠;霍林生;曲春绪;李宏男;;考虑参数不确定性的结构非线性振动控制研究[J];防灾减灾工程学报;2015年04期

2 谢新辉;于雷;彭学军;周中良;王珏;;战斗机网络攻击指令引导控制方法[J];空军工程大学学报(自然科学版);2015年01期

3 杨青运;陈谋;;具有输入饱和的近空间飞行器鲁棒控制[J];控制理论与应用;2015年01期

4 云磊;;牛顿迭代法的MATLAB实现[J];信息通信;2011年06期

5 ;Output feedback control of hypersonic vehicles based on neural network and high gain observer[J];Science China(Information Sciences);2011年03期

6 程路;姜长生;都延丽;张军;;基于滑模干扰观测器的近空间飞行器非线性广义预测控制[J];宇航学报;2010年02期

7 崔尔杰;;近空间飞行器研究发展现状及关键技术问题[J];力学进展;2009年06期

8 高慧琴;高正红;;典型过失速机动运动规律建模研究[J];飞行力学;2009年04期

9 高道祥;孙增圻;杜天容;;高超声速飞行器基于Back-stepping的离散控制器设计[J];控制与决策;2009年03期

10 张袅娜;张德江;冯勇;;基于混沌遗传算法的柔性机械手滑模控制器优化设计[J];控制理论与应用;2008年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 于媛媛;先进歼击机超机动危险状态边界判定与保护控制[D];南京航空航天大学;2014年

2 宫庆坤;歼击机超机动飞行临界失控状态判定与控制[D];南京航空航天大学;2014年

3 胡田文;先进歼击机发动机推力矢量建模与超机动飞行控制[D];南京航空航天大学;2013年

4 曹瑜;光—电/液伺服作动器控制系统设计与实现[D];南京航空航天大学;2013年

5 岳雅;非线性预测控制研究及其仿真[D];西安科技大学;2008年

，

本文编号：1119556