基于无模型自适应控制方法的倾转翼飞行器纵向控制

发布时间：2020-03-31 09:48

【摘要】：倾转翼飞机是一种新型飞行器,其兼具直升机和固定翼飞机的结构特点,所以可以实现多种飞行模式的切换,具有直升机的可垂直起降和固定翼飞机大航程的强大能力。然而这种独特的结构也使得倾转翼飞机成为一个非常复杂的多输入多出系统,倾转翼飞机研制存在建模复杂、控制困难等一系列问题。尤其是倾转翼飞机过渡段时带来的强耦合、非线性以及时变等特性,使得倾转翼飞机纵向控制变得尤为困难。所以如何实现倾转翼飞机纵向平稳安全的飞行控制是倾转翼飞机飞行控制的重点和难点。同时倾转翼飞机纵向飞行控制的研究也对推进倾转翼飞机进入实用具有重要意义。本文主要研究内容如下:首先用分体法得到了倾转翼飞机各部分的空气动力学模型,建立了倾转翼飞机非线性的动力学和运动学方程,在一定假设条件下,将倾转翼飞机六自由度非线性模型简化为纵向非线性仿真模型,为后续倾转翼飞机纵向控制研究提供基础。第二,无模型自适应控制(Model free adaptive control,MFAC)是一种典型的数据驱动控制算法,它可以控制具有时变性、非线性、耦合性的复杂多输入多输出系统。IMFAC(Improved MFAC,IMFAC)由基础MFAC改进而来,可以直接实现对非自衡系统的控制。本文为了避免IMFAC参数整定的繁琐和因参数整定不当带来的人为误差,进一步引入了遗传单纯形寻优算法,结合了两种算法的优势,得到了具有参数自整定、鲁棒性强,可处理时变非线性系统的GASM-IMFAC控制方法。该方法经典型四旋翼非线性模型仿真验证,结果表明,GASM-IMFAC控制方法优于GASM-PID、GASM-LQR控制算法。其次,分析了倾转翼飞机各模态下的操纵特性,并采用GASM-IMFAC控制方法对直升机模式和过渡段进行了控制器设计。在MATLAB环境下,对倾转翼飞机转换过程中的某种阵风扰动进行了仿真研究。仿真结果表明,倾转翼飞机采用GASM-IMFAC控制方法在阵风扰动情况下,仍能够实现平稳、安全的模式转换,控制器具有很好的鲁棒性。最后,为了使倾转翼飞机转换过程显示地更为直观清楚,联合调用MATLAB与Flight Gear搭建了虚拟仿真环境,并对倾转翼飞机纵向飞行进行了全数字仿真。
【图文】：

进一步提高了倾转翼飞机控制系统的品质。.2.1 倾转旋翼飞机研究现状对倾转旋翼飞机复杂的过渡段控制，国外诸多学者进行了深入研究。thony J．Calise 教授和 RolfT．Rysdyk 研究员[8]将自适应神经网络和动态逆应用到倾转旋翼机 XV-15 上，实现了倾转旋翼机的稳定飞行。Mehra R K 等建立了倾转旋翼机 XV-15 的 LPV 模型，对它的实时仿真说明了基于模型预(MPC)设计控制器的有效性。Boo Min Kim，Kwangchan Choi和Byoung Soo K经网络设计了倾转旋翼无人机轨迹跟踪器的。内对倾转旋翼机的研究紧随其后，也取得了一定的研究成果，如中航工业直鲸”（图 1-5）、中航工业庆安集团公司的“雨燕”（图 1-6）等，一些高校和积极进行相关理论知识的探索并获得了可喜的进展。

【相似文献】