飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法研究

论文摘要

随着现代空战环境对战斗机的性能要求日益提高，传统的飞机设计方法已经难以满足这些要求。通过研究随控布局飞行器(CCV)概念和多学科设计优化(MDO)理论，给我们提供了一种解决思路：将飞行控制学科综合到飞机的总体方案设计与评估中去。为此，本文进行了飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法研究。 首先，详细讨论了飞行动力学与控制基本原理，建立了在飞机总体设计过程中，满足飞行动力学与控制综合分析要求的气动数据库。在实际工程设计中，针对飞机总体设计，特别是初步方案设计阶段，飞行控制律还没有设计或者没有设计完全的特点，提出了基于常规控制方法的简化飞行控制律模型和基于非线性动态逆方法的通用飞行控制律模型。 其次，用最优二次型跟踪器(纵向)和特征结构配置方法(横航向)进行简化飞行控制律设计，用二层BP神经网络方法进行增益调参设计，用等效系统拟配和Simulink数值仿真方法对简化飞行控制律进行验证；用非线性动态逆方法进行通用飞行控制律设计，利用时标分离方法将飞机对象的状态变量和本体模型分别进行分组，按组分别设计控制律，用Simulink数值仿真方法对其进行验证；给出了用设计好的简化飞行控制律和通用飞行控制律来协调设计飞机总体设计方案的方法。 最后，通过一架算例飞机分别验证了简化飞行控制律设计与验证、通用飞行控制律设计与验证和飞机总体方案协调设计方法，验证结果表明本文所建立的飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法是合理、有效、可行的。它还可以为实际的飞行控制系统设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 本文工作:
• 第2章 飞机总体设计中的飞行控制律模型设计与应用方法
• 2.1 方法概述
• 2.2 飞行动力学与控制综合的基本原理
• 2.2.1 建立飞机本体飞行动力学模型
• 2.2.2 飞机本体飞行品质分析
• 2.2.3 总结归纳常规控制增稳方法
• 2.3 建立气动数据库
• 2.3.1 系数形式的气动数据
• 2.3.2 导数形式的气动数据
• 2.3.3 两种形式气动数据之间的转换关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于常规控制方法的简化飞行控制律设计
• 3.1 简化飞行控制律模型的概念
• 3.2 简化飞行控制律模型的建立
• 3.2.1 现代高性能战斗机的本体飞行品质特性
• 3.2.2 建立典型的简化飞行控制律模型
• 3.3 简化飞行控制律设计
• 3.3.1 控制律设计点的选择
• 3.3.2 纵向控制律设计
• 3.3.3 横航向控制律设计
• 3.4 增益调参设计
• 3.4.1 BP神经网络理论
• 3.4.2 BP神经网络调参
• 3.5 飞行控制律验证
• 3.5.1 等效系统概念
• 3.5.2 Matlab中的 Simulink数值仿真方法
• 3.6 简化飞行控制设计与验证的软件实现
• 3.6.1 主界面
• 3.6.2 读入数据库界面
• 3.6.3 计算线化模型
• 3.6.4 飞机本体飞行品质（动稳定性）分析界面
• 3.6.5 飞机本体飞行品质（操纵性）分析界面
• 3.6.6 纵向简化飞行控制律设计界面
• 3.6.7 横航向简化飞行控制律设计界面
• 3.6.8 飞行控制律验证界面
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于非线性动态逆方法的通用飞行控制律设计
• 4.1 非线性动态逆的基本原理
• 4.2 时标分离方法和飞机模型的简化
• 4.2.1 时标分离方法简介
• 4.2.2 飞机本体模型的简化
• 4.3 通用飞行控制律设计与验证
• 4.3.1 快回路控制律设计
• 4.3.2 较慢回路控制律设计
• 4.3.3 比例积分环节的引入
• 4.3.4 滚转通道的特殊性
• 4.3.5 控制律验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 飞机总体设计中的飞行控制律模型应用
• 5.1 应用方法介绍
• 5.2 更新气动数据库方式介绍
• 5.3 算例描述
• 5.4 算例验证
• 5.4.1 算例飞机本体飞行品质计算结果
• 5.4.2 简化飞行控制律设计验证
• 5.4.3 通用飞行控制律设计验证
• 5.4.4 总体设计方案协调设计方法算例验证
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢