PID神经网络在民用飞机自动着陆系统中的应用

论文摘要

飞行控制系统是伴随着飞机的发明而出现的。飞行控制的目的是改善飞机的稳定性和操控性,减轻飞机驾驶员的工作负担,从而提高执行任务的能力、效率和效果,增加飞行安全性。随着时代的发展,飞行控制系统经历了增稳系统、控制增稳系统、电传飞行控制系统以及综合控制系统等阶段。自动着陆系统是现代飞行控制系统的重要组成部分,特别是伴随着现代计算技术的多余度电传飞行控制系统的出现,自动着陆系统有了更高的可靠性,自动着陆功能的实现更容易、更灵活。未来飞行控制系统将是高度智能化的自主飞行控制系统,而自动着陆系统则是自主化飞行的重要标志。自动着陆系统的设计是一项具有挑战性的工作。从控制理论的角度来讲,自动着陆系统的核心就是要设计自动着陆控制规律,使飞机精确地跟踪期望的、满足规范要求的着陆轨迹,从而使飞机安全、可靠、舒适地降落在期望的着陆点。本文通过对民用客机在进近着陆阶段运行规律的研究,将神经网络PID用于自动着陆系统控制规律设计,研究民用客机在着陆阶段的自动控制方法和技术。首先,建立飞机的数学模型,并对模型进行线性化,得到飞机的纵向和侧向线性化方程。根据民用客机的飞行特点和仿真需要,对状态方程组进行简化处理。然后,根据飞机的飞行控制系统和着陆引导系统的工作原理和使用经验,分析和设计了纵向通道和侧向通道的自动飞行控制系统的结构和控制方式。最后,根据飞机着陆阶段的特点和数学模型,应用神经网络PID设计了纵向通道的自动着陆控制器,利用MATIAB工具对设计的控制器进行了仿真。仿真结果表明,本文设计的控制器能够取得较满意的控制效果。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 驾驶员还是自动驾驶仪
• 1.1.1 作为"飞行学员"的自动驾驶仪
• 1.1.2 作为飞行管理员的驾驶员
• 1.2 民用飞机飞行控制系统发展进程及现状
• 1.2.1 自动飞行系统发展的三个阶段
• 1.2.2 自动飞行控制系统的发展趋势
• 1.3 研究自动着陆系统的背景和意义
• 1.3.1 进场着陆是飞机飞行的关键阶段
• 1.3.2 自动着陆控制研究的挑战性
• 1.3.3 自动着陆系统的发展现状
• 1.4 自动控制规律研究
• 1.5 本论文的主要任务
• 第二章 飞行力学基础及飞机运动方程
• 2.1 飞行动力学中的常见坐标系及其转化
• 2.1.1 飞机动力学中常见坐标系
• 2.1.2 飞机运动的参数
• 2.1.3 常见坐标系之间的转换
• 2.3 飞机的运动方程
• 2.3.1 飞机的动力学方程
• 2.3.2 飞机运动学方程
• 2.4 飞机运动方程的解耦分组和线性化
• 2.4.1 飞机运动方程的解耦分组
• 2.4.2 飞机运动方程的线性化
• 2.4.3 基于小扰动原理的线性化方法
• 2.4.4 飞机线性状态方程的分组
• 2.5 飞机运动稳定性分析
• 2.5.1 无控状态脉冲干扰数值仿真
• 2.5.2 飞机运动纵向稳定性分析
• 第三章 飞机操控系统的结构和原理
• 3.1 典型飞行控制系统的构成
• 3.2 阻尼器和增稳系统
• 3.2.1 阻尼器
• 3.2.2 增稳系统
• 3.3 控制增稳系统
• 3.3.1 控制增稳系统的构成与工作原理
• 3.3.2 俯仰控制增稳系统的控制规律
• 3.4 飞机的姿态控制系统
• 3.4.1 比例式自动驾驶仪
• 3.4.2 积分式自动驾驶仪
• 3.4.3 比例积分式自动驾驶仪
• 3.5 飞机自动着陆系统
• 3.5.1 下滑道波束导引系统
• 3.5.2 自动拉平着陆系统
• 第四章 PID神经网络及其控制系统
• 4.1 神经元网络和PID控制器相结合的研究现状
• 4.2 PID神经元网络控制系统
• 4.2.1 PIDNN控制系统的结构
• 4.2.2 PIDNN的前向算法
• 4.2.3 PIDNN控制系统的误差反传算法
• 4.2.4 PIDNN连接权重初值的选取和等价系统
• 第五章 自动着陆控制系统设计
• 5.1 自动飞行控制系统的设计思路
• 5.1.1 纵向通道控制规律设计
• 5.1.2 横侧向通道控制系统设计
• 5.2 PIDNN在姿态控制系统中的应用
• 5.3 PIDNN在自动着陆控制系统中的应用
• 5.3.1 自动着陆轨迹设定和初始状态的选定
• 5.3.2 PIDNN自动着陆控制器的设计
• 5.3.3 仿真结果分析
• 结束语
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢