飞机飞行的多维泰勒网优化控制研究与仿真

发布时间：2017-11-02 23:32

  本文关键词：飞机飞行的多维泰勒网优化控制研究与仿真

  更多相关文章： 飞机 飞行控制系统 滑模变结构控制 多维泰勒网优化控制 MATLAB

【摘要】：飞机是二十世纪最重大的发明之一,其中军用飞机更是现代化战场上不可缺少的装备。战斗机是军用飞机中的主力军种,因此各国都将战斗机的发展摆在了至关重要的地位。为了实现飞机飞行的精准控制和操纵,必须具有高品质的飞行控制系统,这是现代飞机设计技术中不可缺少的重要环节,也是现代高性能飞机实现安全飞行和完成复杂飞行任务的重要保证。飞机的运动学模型具有强耦合、非线性的特点,同时机理复杂。本文采用了新提出的多维泰勒网优化控制算法来设计控制器,同时采用了滑模变结构控制和PID控制设计控制器,这里重点介绍滑模变结构控制,并且使用MATLAB进行仿真并比较。本文根据飞机的物理模型建立了飞机理想条件下非线性、全耦合的六自由度运动方程组,考虑到飞机实际飞行当中的情况,仿真中加入了限幅舵机和陀螺仪等结构。首先选取滑模变结构控制作为第一种控制方法,这里采用趋近律滑模的方式来分通道设计控制器。纵向通道包含俯仰角和高度控制,横侧向通道包含滚转控制和偏航控制。对内环俯仰角和滚转角采用趋近律滑模来设计滑模控制器,保证系统鲁棒性,同时结合外环PID算法进行高度跟踪和航向控制来完成整个飞行控制系统的设计。横侧向控制包含了水平转弯和协调转弯两种控制方式。然后采用新提出的多维泰勒网优化控制作为第二种控制方法。先介绍了多维泰勒网优化控制的理论以及应用,之后介绍了用极小值原理求取最优控制信号的自学习算法。分通道设计控制器,内环控制器采用多维泰勒网优化控制,外环采用PID算法控制高度和偏航。使用了共轭梯度法优化多维泰勒网参数,进行分通道的实验仿真。将分通道设计好的控制器组合,进行了飞机平飞的全通道仿真,并将两种控制算法的控制效果进行比较。引入了风干扰模型,并将风干扰模型加入到飞机的数学模型中,再比较两种控制方法的控制效果。使用MATLAB自带的GUI进行飞行控制系统仿真平台的设计。在同等条件下,仿真结果表明多维泰勒网优化控制具有很好的控制效果。相比滑模变结构控制和PID控制,采用多维泰勒网优化控制作为控制器的飞机平飞具有更好的机动性和抗干扰性。最后总结本文所做的工作,同时对后续工作做进一步展望。
【关键词】：飞机 飞行控制系统 滑模变结构控制 多维泰勒网优化控制 MATLAB
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 飞机的研究意义与发展11-12
• 1.1.2 飞行控制系统简介12-13
• 1.1.3 计算机仿真13-14
• 1.2 现有研究及不足14
• 1.3 项目介绍14-15
• 1.4 论文结构安排15-17
• 第二章 飞机数学模型分析17-33
• 2.1 飞机坐标系及其相互转换17-23
• 2.1.1 常用坐标系17-18
• 2.1.2 坐标系间转换18-23
• 2.2 飞机所受力与力矩23-28
• 2.2.1 飞机的操纵机构23-24
• 2.2.2 飞机所受的推力和重力24
• 2.2.3 飞机所受的空气动力24-26
• 2.2.4 空气动力矩26-28
• 2.3 飞机运动方程组28-31
• 2.3.1 飞机运动的假设28-29
• 2.3.2 飞机的动力学方程29-30
• 2.3.3 飞机的运动学方程30-31
• 2.3.4 辅助方程31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 滑模变结构控制器设计33-51
• 3.1 滑模变结构控制概述33-38
• 3.1.1 控制简介33
• 3.1.2 基本概念33-36
• 3.1.3 抖振问题36-37
• 3.1.4 发展历程及未来研究方向37-38
• 3.2 纵向通道控制器设计38-43
• 3.2.1 俯仰角控制38-41
• 3.2.2 高度控制41-43
• 3.3 横侧向通道控制器设计43-48
• 3.3.1 水平转弯控制44-46
• 3.3.2 协调转弯控制46-48
• 3.4 结果分析48-49
• 3.4.1 控制结果与分析48-49
• 3.4.2 滑模变结构控制优缺点49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 多维泰勒网控制器设计51-67
• 4.1 多维泰勒网优化控制简介51-57
• 4.1.1 原理简介51-53
• 4.1.2 系统描述53
• 4.1.3 研究现状和应用简介53-54
• 4.1.4 多维泰勒网学习算法54-57
• 4.2 纵向通道控制器设计57-61
• 4.2.1 俯仰角控制57-60
• 4.2.2 高度控制60-61
• 4.3 横侧向通道控制器设计61-65
• 4.3.1 水平转弯控制62-63
• 4.3.2 协调转弯控制63-65
• 4.4 结果分析65-66
• 4.4.1 控制结果分析65
• 4.4.2 多维泰勒网优化控制方法评估65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 全通道仿真与仿真平台设计67-93
• 5.1 全通道仿真67-75
• 5.1.1 系统仿真设计流程图67-68
• 5.1.2 系统仿真结构图68-69
• 5.1.3 系统仿真算法和流程图69-71
• 5.1.4 全通道仿真实现71-72
• 5.1.5 全通道仿真结果72-75
• 5.2 风干扰下条件下的飞机运动学模型及仿真75-83
• 5.2.1 风模型75-77
• 5.2.2 风扰动下的飞机运动学模型77-79
• 5.2.3 风扰动下的仿真实验79-83
• 5.3 计算机仿真技术83-85
• 5.3.1 计算机仿真技术简介83-84
• 5.3.2 MATLAB简介84
• 5.3.3 M文件与GUI图形用户界面84-85
• 5.3.4 Simulink图形仿真85
• 5.4 飞行控制系统仿真平台设计85-91
• 5.4.1 框架结构85-87
• 5.4.2 系统登录和初始化87-88
• 5.4.3 控制策略的设计88-90
• 5.4.4 全通道仿真的设计90-91
• 5.4.5 风干扰下全通道仿真的设计91
• 5.5 本章小结91-93
• 第六章 总结与展望93-97
• 6.1 主要研究内容与结果总结93-94
• 6.1.1 主要工作93-94
• 6.1.2 结果总结94
• 6.2 后续工作展望94-97
• 致谢97-99
• 参考文献99-103
• 发表论文列表103

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐树军,颜秀,裴小军,郜广斌,张滨生;微机优化控制系统[J];应用科技;2000年04期

2 王民权;徐晶;应力恒;;聚丙烯反应升温优化控制的设计与实现[J];自动化仪表;2012年11期

3 娄丽莎;朱琳;;感应压装机优化控制的研究与应用[J];科技创新与应用;2013年34期

4 ;现场阀门优化控制新技术[J];热力发电;1995年05期

5 张卫,陆宝春,李振宁;汽车散热器烘焊工艺优化控制系统的研究[J];工业控制计算机;1998年03期

6 乐慧丰,刘飞,胡如高,俞金寿;一种新型优化控制软件的实现与应用[J];自动化仪表;2002年09期

7 宋弘,胡莲君;H_∞优化控制理论在振动控制系统中的应用[J];昆明理工大学学报(理工版);2002年04期

8 李志军;甄美娜;;静电除尘高压电源的优化控制系统[J];电气传动;2012年02期

9 屈百达,夏怡,郑莲和;恒温箱温度的H_∞优化控制[J];江南大学学报;2004年02期

10 蒋跃祖,徐谦,沈秋月;工业锅炉燃烧优化控制的研究[J];动力工程;1987年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘栋栋;;系统反应H_∞优化控制理论在结构主动控制中的应用研究[A];第五届全国结构工程学术会议论文集（第一卷）[C];1996年

2 黄正良;吴坚;万百五;;具有输出关联约束的工业过程稳态优化控制新方法——双迭代法[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年

3 郑哲;钟鼎禹;;利用系统输出余弦管理法对产品质量进行优化控制[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年

4 于乃功;阮晓钢;;青霉素发酵过程优化控制问题及方法研究[A];第二十二届中国控制会议论文集（上）[C];2003年

5 谢志华;郑应平;;基于再励学习的排队系统优化控制[A];1995年中国控制会议论文集（下）[C];1995年

6 张砚春;石义彬;;大系统结构与优化控制[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年

7 冯明琴;张靖;孙政顺;;催化裂化过程稳态优化控制[A];四川省电工技术学会第七届学术年会论文集[C];2003年

8 曹曙光;;多项式系统的优化控制[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年

9 冯玮;柳春图;;广义位置函数法在机敏梁振动优化控制中的应用[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年

10 邵诚;;基于生产目标的复杂连续工业过程集成与优化控制技术的研究与应用[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 ;唐钢炼铁厂以降成本为中心的资源结构优化控制[N];世界金属导报;2014年

2 记者 杨扬;合成氨优化控制系统节能增效[N];中国化工报;2002年

3 朱祖根;高化实施HSE闭环优化控制[N];中国石化报;2006年

4 向忠宏 本报记者 秦宜德;优化控制方案实现主动节能[N];中国房地产报;2005年

5 本报记者 朱祖根;HSE闭环“汤水不漏”[N];中国石化报;2009年

6 农业银行资产负债管理部总经理 刘强;完善三大机制 落实“优化控制”目标[N];中国城乡金融报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 戴光远;城市干线公交绿波优化控制方法及关键技术研究[D];东南大学;2016年

2 姚福来;机电设备的效率优化方法及其优化控制的研究[D];河北工业大学;2012年

3 顾佳晨;具有模糊参数的大工业过程稳态递阶优化控制[D];西安交通大学;2001年

4 张立炎;结合逻辑与规则的工业过程建模和优化控制的研究[D];浙江大学;2004年

5 杜玉晓;铅锌烧结过程智能集成优化控制技术及其应用研究[D];中南大学;2004年

6 邓晓龙;内燃机主要部件结构噪声预测及优化控制研究[D];华中科技大学;2004年

7 王鲜芳;生化过程动态建模及优化控制研究[D];江南大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 白刚;基于DCS废气焚烧炉优化控制的研究[D];西安石油大学;2014年

2 祝恩宇;钨碱煮工艺过程建模与优化控制研究[D];江西理工大学;2015年

3 沈俊鹏;基于最优性条件的流程雁阵自主优化控制方法[D];北京化工大学;2015年

4 栾松鹏;恶劣工况下锅炉燃烧闭环优化控制与能效分析研究[D];青岛科技大学;2015年

5 张迪;水泥工业远程优化控制系统数据采集与处理[D];济南大学;2015年

6 刘志奇;作物生长可控环境优化控制方法的研究[D];天津职业技术师范大学;2016年

7 刘飞;海上石油平台协同优化控制方法研究及应用[D];中国石油大学(华东);2014年

8 李晓晴;面向储能应用的双向DC-DC变换器优化控制研究[D];北方工业大学;2016年

9 张也维;一类工业过程运行反馈优化控制方法[D];东北大学;2014年

10 叶雪峰;基于PMSM电机的低成本电动助力转向系统优化控制与实现[D];上海师范大学;2016年

，

本文编号：1133688