倾转旋翼机过渡段纵向控制技术研究

论文摘要

倾转旋翼机既能像直升机一样垂直起降及空中悬停,又能像固定翼飞机一样巡航飞行。它特有的可旋转的发动机短舱使它具有三个飞行模式:直升机模式、过渡段模式和固定翼模式。尤其过渡段模式时,其本身复杂的动力学特性,同时既有直升机操纵特性又有固定翼飞机操纵特性,因此如何实现倾转旋翼机安全、平稳的过渡,是倾转旋翼机飞行控制的关键技术和难点。本文对倾转旋翼机过渡段纵向控制技术进行了深入研究。首先,采用分体法分别建立了倾转旋翼机的旋翼、机翼、机身、平尾的空气动力学模型,然后结合倾转旋翼机机体纵向运动方程,在MATLAB/SIMULINK环境下构建了倾转旋翼机纵向非线性仿真模型,为进一步的倾转旋翼机纵向控制系统的设计奠定了基础。接着,采用经典PID控制对倾转旋翼机控制系统进行设计。选择部分操纵量的操纵方案,进行转换通道的设计及模型的线性化,在此基础上进行倾转旋翼机的俯仰姿态、高度及速度控制系统设计,仿真验证了过渡段转换方案和控制系统设计方案的可行性和正确性。针对倾转旋翼机过渡段鲁棒性差的特点,提出了采用H_∞理论进行倾转旋翼机控制系统设计。选择全操纵量的操纵方案,进行转换通道设计及模型线性化。内回路控制系统采用一种新的H_∞求解算法进行设计,外回路采用H_∞回路成形方法进行控制系统设计,仿真结果验证了双回路控制系统设计方案的有效性和正确性。论文最后,针对倾转旋翼机模型随飞行状态变化,并具有高阶非线性和不确定动态特性,经典控制方法不能完全满足飞行品质要求和稳定性要求等缺点,提出采用神经网络动态逆自适应控制方法进行倾转旋翼机轨迹控制系统设计,仿真结果验证了倾转旋翼机轨迹控制器设计的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 倾转旋翼机概述
• 1.2.1 倾转旋翼机发展概述
• 1.2.2 倾转旋翼机特点
• 1.2.3 倾转旋翼机优缺点
• 1.3 倾转旋翼机飞行控制技术研究现状
• 1.3.1 倾转旋翼机飞行控制关键技术分析
• 1.3.2 倾转旋翼机飞行控制发展现状
• 1.4 本文研究工作
• 第二章 倾转旋翼机纵向动力学建模
• 2.1 倾转旋翼机纵向建模思想
• 2.2 倾转旋翼机坐标系定义
• 2.3 倾转旋翼机纵向运动方程
• 2.4 倾转旋翼机各部件的气动力模型
• 2.4.1 旋翼空气动力学模型
• 2.4.2 机翼空气动力学模型
• 2.4.3 机身空气动力学模型
• 2.4.4 平尾空气动力学模型
• 2.5 倾转旋翼机纵向仿真模型 MATLAB 实现
• 2.6 倾转旋翼机操纵系统
• 2.7 倾转旋翼机配平及线性化
• 2.7.1 配平方法
• 2.7.2 线性化方法
• 2.8 本章小结
• 第三章 倾转旋翼机过渡段PID 控制系统设计
• 3.1 倾转旋翼机过渡段转换方案设计
• 3.1.1 部分操纵量操纵方案
• 3.1.2 转换通道设计
• 3.2 倾转旋翼机模型线性化
• 3.3 PID 算法简介
• 3.4 倾转旋翼机控制系统设计
• 3.4.1 俯仰姿态控制
• 3.4.2 高度控制
• 3.4.3 速度控制
• 3.5 本章小结
• ∞双回路控制系统设计'>第四章 倾转旋翼机过渡段H_∞双回路控制系统设计
• 4.1 倾转旋翼机过渡段转换方案设计
• 4.1.1 全操纵量操纵方案
• 4.1.2 转换通道设计
• 4.2 倾转旋翼机模型的线性化
• ∞输出反馈控制充要条件'>4.3 H_∞输出反馈控制充要条件
• 4.3.1 系统描述和定义
• 2 有界设计问题'>4.3.2 系统L₂有界设计问题
• 4.3.3 求解算法
• 4.4 倾转旋翼机内回路控制系统设计
• in'>4.4.1 输出反馈增益K_in
• 4.4.2 风紊流模型建立
• 4.4.3 内回路控制系统仿真结果与分析
• 4.5 倾转旋翼机外回路控制系统设计
• ∞回路成形方法'>4.5.1 H_∞回路成形方法
• out'>4.5.2 输出反馈增益K_out
• 4.5.3 外回路干扰输入
• 4.5.4 外回路控制系统仿真结果与分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 倾转旋翼机过渡段神经网络动态逆自适应控制系统设计
• 5.1 模型动态逆
• 5.2 神经网络自适应总体结构
• 5.3 SHL 神经网络
• 5.4 倾转旋翼机过渡段转换方案设计
• 5.4.1 纵向驾驶杆操纵数学模型
• 5.4.2 转换通道设计
• 5.5 倾转旋翼机模型线性化
• 5.6 倾转旋翼机飞行控制系统设计
• 5.6.1 增稳系统设计
• 5.6.2 轨迹跟踪控制器设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文