飞行器纵向轨迹的L1自适应控制

发布时间：2017-04-10 16:10

  本文关键词：飞行器纵向轨迹的L1自适应控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文重点研究了飞机纵向轨迹的1L自适应控制。首先对飞机纵向运动建模,将飞行状态变化的飞机纵向运动模型抽象为参数不确定(在范围内变化)的传递函数,采用1L自适应控制理论对模型进行控制律设计并进行数学仿真。与传统根轨迹法设计所得到的仿真结果进行比较,保证了控制律参数的全局收敛,对系统参数摄动具有良好的动态响应,同时对纵向非线性运动的1L自适应控制系统设计进行了初步的研究。纵向自动飞行控制系统的任务是要完成对飞机航迹、速度的控制,而为完整的实现对纵向轨迹及速度的控制,其设置了多种控制模式:俯仰角保持和控制、垂直速度保持和控制、空速保持和控制、高度保持和控制、GS下滑信标以及垂直导航模式。其中俯仰角、垂直速度、高度保持及垂直导航部分是本文所要研究的。在纵向运动中,俯仰角及俯仰角速率控制是作为高度保持及垂直速度保持的内回路而存在的,而在实际的飞行过程中,可将整个飞行阶段分为准备-截获高度-跟踪或保持高度3个阶段,在每个阶段采用高度保持控制或垂直速度控制系统,这就完成了对飞机任意高度的跟踪和保持,也就是飞机的垂直导航模式。在传统的纵向自动飞行控制系统中,各个控制模式的设计原则为;在俯仰角及俯仰角速率控制内回路中,通过对俯仰角及俯仰角速率的线性反馈,保证系统良好的动力学特性;在以俯仰角及俯仰角速率控制为内回路的高度控制及垂直速度控制回路中,则通过高度或纵向速度的反馈进行PI或PD控制;在垂直导航模式中,则分别在每个阶段分别执行高度保持或垂直速度控制模式。各个控制模式控制律设计是依据于确定动力学模型得到的,然而在实际飞行过程中,飞行状态不断变化,相应飞机纵向运动模型也不断变化,则无法保证控制参数对被控对象的全局收敛。1L自适应控制对被控对象参数不确定具有良好的控制效果,飞行状态不断变化的飞机纵向运动模型可构建为参数不确定但有界的传递函数。因而采用1L自适应控制对飞机纵向自动飞行控制系统进行控制律设计,可以保证控制律参数的全局收敛,同时对变化飞行状态有一致的动力学输出。在纵向运动过程中,若姿态角不再是小量,则对纵向运动的线性模型是失效的,其无法确切描述纵向运动中姿态角变化的动力学特性。本文对大迎角机动的飞行状态进行纵向运动的非线性建模,并以1L自适应理论对其进行控制律设计。最后进行数学仿真并分析结果,表明了1L自适应控制对非线性系统是有效的。
【关键词】：1L自适应控制 飞机纵向自动飞行控制系统 非线性 控制 暂态性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 纵向自动飞行控制系统11
• 1.2 纵向飞机自动飞行控制系统设计11-12
• 1.3 自适应控制发展历程12-14
• 1.4 国内外研究及应用现状14-15
• 1.5 面临问题与发展方向15-16
• 1.6 论文结构及主要工作16-18
• 第2章 飞机纵向自动飞行控制系统18-33
• 2.1 飞行动力学基础18-20
• 2.1.1 坐标系18-19
• 2.1.2 飞机运动变量及坐标系变换19-20
• 2.2 飞机动力学建模20-22
• 2.2.1 刚体飞机运动方程20-21
• 2.2.2 纵向线性方程及传递函数21-22
• 2.3 飞机纵向自动飞行控制系统22-32
• 2.3.1 俯仰角保持和控制模式23-26
• 2.3.2 垂直速度保持和控制模式26-28
• 2.3.3 高度保持和控制模式28-30
• 2.3.4 垂直导航模式30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 L1自适应控制理论33-41
• 3.1 L1自适应系统的结构及预备知识33-36
• 3.1.1 L1自适应控制系统的结构33-34
• 3.1.2 理论基础与预备知识34-36
• 3.2 状态预测器36-37
• 3.3 自适应律设计37
• 3.4 控制律设计37-38
• 3.5 稳态及暂态性能分析38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 飞行器纵向轨迹的L1自适应控制41-53
• 4.1 俯仰角控制回路的L1自适应控制律设计41-46
• 4.2 垂直速度及高度控制回路的L1自适应控制律设计46-50
• 4.3 垂直导航模式数学仿真50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 纵向非线性运动的L1自适应控制53-60
• 5.1 非线性系统的L1自适应控制方法53-54
• 5.2 纵向运动的非线性建模实例54
• 5.3 L1自适应控制系统设计及数学仿真54-59
• 5.4 本章小结59-60
• 总结与展望60-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 徐军,张明廉,屠巴宁;敏捷性飞机飞行控制系统设计方法研究[J];北京航空航天大学学报;1999年01期

2 李雪松;李颖晖;钟世刚;李霞;徐浩军;;小型无人机L_1自适应纵向控制设计[J];飞行力学;2011年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李晓红;临近空间高超声速飞行器的L_1自适应控制[D];哈尔滨工业大学;2012年

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本文编号：297081