分布式维修系统的自动飞行控制仿真研究
发布时间：2021-10-25 00:03
分布式维修系统是针对民机维护的虚拟训练平台。目前分布式维修系统上的训练任务多是基于地面场景进行的,飞行部分的缺乏使其具有了一定的局限性,为此需要扩展其飞行过程的基本功能。在实现飞行过程的基本功能时,自动飞行控制仿真则是其关键的组成部分,本文将以此为核心展开研究。在仿真指定机型自动飞行控制律时,需要参考该机型原厂提供的数据包资料,而该数据包不易获取,为此本文采用基于快速存取记录器（QAR）数据优化的仿真策略,以在缺乏数据包的情况下,提高对指定机型飞行控制律的仿真度。在实现飞行仿真的基础上,再建立飞行过程中系统故障效应的功能模型,以达到在飞行过程中设置故障并观察故障效应等训练目的。本文具体内容如下:首先,基于分布式维修系统设计飞行模块的六层结构,包括人机交互层、逻辑解算层、飞行指令层、控制法则层、飞机模型层和状态显示层;结合飞机模型层的设计需求,分析Ftop工具用于分布式维修系统飞行仿真的可行性,并将该工具中的一般型动力学模型按照A320机型特点进行实例化。其次,提出基于QAR数据优化的变论域模糊PID控制方法,并利用该方法仿真设计A320飞机爬升、巡航和下降三个飞行阶段的纵向控制律、横向...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1分布式维修系统实景图
中国民航大学硕士学位论文72.1.1飞行模块结构设计基于分布式维修系统设计其飞行模块的六层结构如图2-2所示，分别为人机交互层、逻辑解算层、飞行指令层、控制法则层、飞机模型层和状态显示层。首先用户通过人机交互层输入各种指令，包括自动驾驶仪（Autopilot,AP）和自动推力系统（AutomaticThrust,A/THR）的状态指令、飞行目标参数指令、飞行计划等。当接受到指令信息之后，逻辑解算层会结合当前与飞行密切相关的机载系统或组件的状态，综合处理指令信息及判断其有效性。飞行指令层主要是根据逻辑解算层的结果判断当前纵向、横向、空速的飞行方式，飞行方式将应用到控制法则层中。飞机模型层会结合控制法则进行动力学计算，其计算结果反馈于状态显示层，同时应用于飞行指令层。A320动力学模型人机交互层飞行指令层逻辑解算层FCU输入MCDU输入油门杆动作飞行操纵杆动作·选择飞行指令·AP接通指令·管理飞行指令·飞行计划输入·操纵杆位置信息·油门杆位置信息·A/THR接通指令飞机模型层状态显示层·AP状态判断·确定选择指令HDG/SPD/VS/ALT·指令是否生效·航路信息解算·确定管理指令SPD/CRZ·指令是否生效·手动飞行指令·AP是否断开·指令是否生效·推力档位计算·A/THR状态判断根据逻辑解算结果生成飞行目标指令和飞行方式指令等驾驶舱信息显示（ECAM/PFD/ND）、3D虚拟飞机姿态显示·指令是否生效相关机载系统状态控制法则层图2-2分布式维修系统飞行模块结构2.1.2分布式维修系统功能基础对于飞行过程的基本功能，分布式维修系统已经具备了一定的基础条件。按机载系统分类，其有以下功能基矗对于自动飞行系统，已经包含了主要的接口组件及其基本
中国民航大学硕士学位论文12为了简化研究，本文假设重力加速度不随飞行高度层的变化而变化，并忽略因此对飞机运动模型精确度的影响[33]。02()MgGRh（2.1）式中G为万有引力常量，其值取6.67×10-11N·m2/kg2，M为地球质量，其值取5.965×1024kg。（1）地球惯性坐标系Sg如图2-3所示为地球惯性坐标系，其原点为飞机起飞时的重心位置。Ogxg轴在地平面内并指向正北方向，Ogyg轴在地平面内指向正东方向，Ogzg轴指向地心，该坐标系通常用于描述飞机在飞行过程中的实时位置及其飞行轨迹。OgygOgxgOgzgOgNObxbObybObzbObOwxwαβ图2-3地球惯性坐标系图2-4机体坐标系（2）机体坐标系Sb如图2-4所示，机体坐标系以飞机质心为原点，Obxb轴为机头方向，在飞机对称平面内依据右手定则确定Obyb轴，Obzb轴在飞机对称平面内垂直机腹向下。（3）气流坐标系Sw气流坐标系的原点位置同机体坐标系，其以空速方向为Owxw轴，Owyw轴和Owzw轴的确定方法与机体坐标系的Obyb轴和Obzb轴对应相同。（4）姿态角根据Sg与Sb的相对位置定义飞机的姿态角，为了便于表示，将这两个坐标系原点重合，如图2-5所示，有：俯仰角θ：Obxb轴与XOY(g)（Sg中的XOY平面）的夹角，向上为正；滚转角：Obzb轴与Obxb轴下垂面的夹角，右滚转为正；偏航角ψ：Obxb轴在XOY(g)上的投影与Ogxg轴的夹角，右偏航为正；从而Sg与Sb的转换矩阵有：
【参考文献】：
期刊论文
[1]城际铁路列车停站方案的遗传算法求解[J]. 高明瑶,石红国. 铁道运输与经济. 2020(03)
[2]基于改进的迁移率模型的生物地理学优化算法[J]. 王雅萍,张正军,颜子寒,金亚洲. 计算机应用. 2019(09)
[3]大型国有航企机务人员资质现状分析及展望[J]. 宋盼,冯帅,王策,陈华,严刚,魏志星,左江. 民航管理. 2019(02)
[4]基于QAR数据的飞机着陆仿真模型[J]. 孙京超. 航空计算技术. 2019(01)
[5]四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计[J]. 于文妍,杨坤林. 机械设计与制造. 2019(01)
[6]基于改进BBO算法的FCM图像分割方法[J]. 李薇,胡晓辉,王鸿闯. 传感器与微系统. 2018(10)
[7]机务专用模拟训练器探讨与研究[J]. 姚禹. 科技资讯. 2018(12)
[8]基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制[J]. 王坚浩,胡剑波,张亮,张鹏涛,宋敏. 系统工程与电子技术. 2018(06)
[9]民航维修技术的发展[J]. 韩卫旭. 科技风. 2017(13)
[10]基于导管机器人的变论域模糊PID控制研究[J]. 陈果,刘金根,韩世鹏. 计算机应用研究. 2018(02)
硕士论文
[1]客机巡航段的飞行控制技术研究[D]. 戎喜峰.南昌航空大学 2019
[2]生物地理学优化算法及其在动态车间调度中的应用研究[D]. 秦烁.兰州理工大学 2019
[3]分布式虚拟维修中间件设计[D]. 李勇猛.中国民航大学 2019
[4]分布式虚拟维修系统结构研究[D]. 姜乃心.中国民航大学 2019
[5]分布式虚拟维修系统的机务虚拟人设计[D]. 杨柳.中国民航大学 2019
[6]基于Fuzzy-PID的黑体源温控系统的研究[D]. 王玲玲.天津理工大学 2019
[7]基于轮盘赌策略的混沌萤火虫算法研究[D]. 马洁莹.西安电子科技大学 2018
[8]飞行器控制系统仿真软件设计[D]. 汪健琳.天津大学 2017
[9]基于QAR数据的气动力参数辨识[D]. 高远.中国民航大学 2013
[10]大型客机自动飞行控制律研究[D]. 李欣.南京航空航天大学 2013
本文编号：3456260
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1分布式维修系统实景图
中国民航大学硕士学位论文72.1.1飞行模块结构设计基于分布式维修系统设计其飞行模块的六层结构如图2-2所示，分别为人机交互层、逻辑解算层、飞行指令层、控制法则层、飞机模型层和状态显示层。首先用户通过人机交互层输入各种指令，包括自动驾驶仪（Autopilot,AP）和自动推力系统（AutomaticThrust,A/THR）的状态指令、飞行目标参数指令、飞行计划等。当接受到指令信息之后，逻辑解算层会结合当前与飞行密切相关的机载系统或组件的状态，综合处理指令信息及判断其有效性。飞行指令层主要是根据逻辑解算层的结果判断当前纵向、横向、空速的飞行方式，飞行方式将应用到控制法则层中。飞机模型层会结合控制法则进行动力学计算，其计算结果反馈于状态显示层，同时应用于飞行指令层。A320动力学模型人机交互层飞行指令层逻辑解算层FCU输入MCDU输入油门杆动作飞行操纵杆动作·选择飞行指令·AP接通指令·管理飞行指令·飞行计划输入·操纵杆位置信息·油门杆位置信息·A/THR接通指令飞机模型层状态显示层·AP状态判断·确定选择指令HDG/SPD/VS/ALT·指令是否生效·航路信息解算·确定管理指令SPD/CRZ·指令是否生效·手动飞行指令·AP是否断开·指令是否生效·推力档位计算·A/THR状态判断根据逻辑解算结果生成飞行目标指令和飞行方式指令等驾驶舱信息显示（ECAM/PFD/ND）、3D虚拟飞机姿态显示·指令是否生效相关机载系统状态控制法则层图2-2分布式维修系统飞行模块结构2.1.2分布式维修系统功能基础对于飞行过程的基本功能，分布式维修系统已经具备了一定的基础条件。按机载系统分类，其有以下功能基矗对于自动飞行系统，已经包含了主要的接口组件及其基本
中国民航大学硕士学位论文12为了简化研究，本文假设重力加速度不随飞行高度层的变化而变化，并忽略因此对飞机运动模型精确度的影响[33]。02()MgGRh（2.1）式中G为万有引力常量，其值取6.67×10-11N·m2/kg2，M为地球质量，其值取5.965×1024kg。（1）地球惯性坐标系Sg如图2-3所示为地球惯性坐标系，其原点为飞机起飞时的重心位置。Ogxg轴在地平面内并指向正北方向，Ogyg轴在地平面内指向正东方向，Ogzg轴指向地心，该坐标系通常用于描述飞机在飞行过程中的实时位置及其飞行轨迹。OgygOgxgOgzgOgNObxbObybObzbObOwxwαβ图2-3地球惯性坐标系图2-4机体坐标系（2）机体坐标系Sb如图2-4所示，机体坐标系以飞机质心为原点，Obxb轴为机头方向，在飞机对称平面内依据右手定则确定Obyb轴，Obzb轴在飞机对称平面内垂直机腹向下。（3）气流坐标系Sw气流坐标系的原点位置同机体坐标系，其以空速方向为Owxw轴，Owyw轴和Owzw轴的确定方法与机体坐标系的Obyb轴和Obzb轴对应相同。（4）姿态角根据Sg与Sb的相对位置定义飞机的姿态角，为了便于表示，将这两个坐标系原点重合，如图2-5所示，有：俯仰角θ：Obxb轴与XOY(g)（Sg中的XOY平面）的夹角，向上为正；滚转角：Obzb轴与Obxb轴下垂面的夹角，右滚转为正；偏航角ψ：Obxb轴在XOY(g)上的投影与Ogxg轴的夹角，右偏航为正；从而Sg与Sb的转换矩阵有：
【参考文献】：
期刊论文
[1]城际铁路列车停站方案的遗传算法求解[J]. 高明瑶,石红国. 铁道运输与经济. 2020(03)
[2]基于改进的迁移率模型的生物地理学优化算法[J]. 王雅萍,张正军,颜子寒,金亚洲. 计算机应用. 2019(09)
[3]大型国有航企机务人员资质现状分析及展望[J]. 宋盼,冯帅,王策,陈华,严刚,魏志星,左江. 民航管理. 2019(02)
[4]基于QAR数据的飞机着陆仿真模型[J]. 孙京超. 航空计算技术. 2019(01)
[5]四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计[J]. 于文妍,杨坤林. 机械设计与制造. 2019(01)
[6]基于改进BBO算法的FCM图像分割方法[J]. 李薇,胡晓辉,王鸿闯. 传感器与微系统. 2018(10)
[7]机务专用模拟训练器探讨与研究[J]. 姚禹. 科技资讯. 2018(12)
[8]基于滑模干扰观测器的反演终端滑模飞行控制[J]. 王坚浩,胡剑波,张亮,张鹏涛,宋敏. 系统工程与电子技术. 2018(06)
[9]民航维修技术的发展[J]. 韩卫旭. 科技风. 2017(13)
[10]基于导管机器人的变论域模糊PID控制研究[J]. 陈果,刘金根,韩世鹏. 计算机应用研究. 2018(02)
硕士论文
[1]客机巡航段的飞行控制技术研究[D]. 戎喜峰.南昌航空大学 2019
[2]生物地理学优化算法及其在动态车间调度中的应用研究[D]. 秦烁.兰州理工大学 2019
[3]分布式虚拟维修中间件设计[D]. 李勇猛.中国民航大学 2019
[4]分布式虚拟维修系统结构研究[D]. 姜乃心.中国民航大学 2019
[5]分布式虚拟维修系统的机务虚拟人设计[D]. 杨柳.中国民航大学 2019
[6]基于Fuzzy-PID的黑体源温控系统的研究[D]. 王玲玲.天津理工大学 2019
[7]基于轮盘赌策略的混沌萤火虫算法研究[D]. 马洁莹.西安电子科技大学 2018
[8]飞行器控制系统仿真软件设计[D]. 汪健琳.天津大学 2017
[9]基于QAR数据的气动力参数辨识[D]. 高远.中国民航大学 2013
[10]大型客机自动飞行控制律研究[D]. 李欣.南京航空航天大学 2013
本文编号：3456260
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