强气流干扰下客机的鲁棒容错飞行控制

发布时间：2017-11-08 07:18

  本文关键词：强气流干扰下客机的鲁棒容错飞行控制

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【摘要】：随着现代航空业的发展,民用客机作为快速便捷的载人运输工具,安全、高效、环保、舒适是其追求的首要目标。民用客机在巡航飞行过程中常常遇到强气流干扰甚至同时伴随某种故障的发生,一方面使得客机容易疲劳损坏,降低使用寿命;另一方面影响乘客的乘坐品质,增加飞行员的操纵负担。因此具有鲁棒容错能力的飞行控制系统对于客机的飞行安全和性能起着至关重要的作用。本文主要针对民用客机研究强气流干扰和执行机构故障下的鲁棒容错飞行控制方法,论文主要研究内容如下:首先,以民用客机为研究对象,给出了客机的刚体运动非线性数学模型。为了研究方便,根据小扰动方法得到了线性化的客机运动模型。选取大气紊流作为强气流干扰进行建模,进而建立了客机—紊流综合模型。然后,将强气流干扰视为未知干扰的一种,研究未知干扰下客机的鲁棒飞行控制。针对纵向通道,设计了基于增广状态观测器的输出反馈控制器,将未知干扰增广到状态向量中,控制器利用增广状态观测器的输出来抵消外部干扰与不确定性对系统的影响。针对侧向通道,设计了基于扩张状态观测器的自抗扰控制器,利用扩张状态观测器对系统的总扰动进行实时估计并给予相应的补偿。仿真结果验证了所设计的控制器可以有效的抑制未知干扰,具有良好的鲁棒性。其次,针对民用客机受到大气紊流干扰,将紊流和舵机动态系统增广到客机的横侧向运动当中,采用内环LQG/LTR方法求解卡尔曼滤波器的稳态增益和最优反馈控制器,并结合外环PID控制器以满足系统动态性能指标。仿真结果表明所设计的控制器能保证系统输出精确跟踪参考输入,具有良好的控制效果,能够使客机在大气紊流中平稳飞行。接着,考虑存在强气流干扰和执行器失效故障的客机横侧向不确定系统,采用了一种更一般、更实际的连续故障模型,基于李雅普诺夫方法设计了鲁棒容错跟踪控制器,使得闭环系统在执行器出现失效故障时能保持稳定,仿真结果验证了所设计的控制器可以抑制模型不确定性和强气流干扰所带来的影响。最后,考虑存在强气流干扰和执行器失效、卡死故障的客机横侧向不确定系统,将基于伪逆的控制分配方法和自适应鲁棒控制器相结合,通过求解线性矩阵不等式得到鲁棒容错跟踪控制器,利用李雅普诺夫方法证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明所设计的控制器能有效的补偿执行器失效、卡死故障带来的不利影响,保证系统的动态性能指标。
【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】：V249.1

【参考文献】

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本文编号：1156140