《垂直/短距起降飛機異類多執行器控制分配研究》是依託清華大學，由王向陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：垂直/短距起降飛機異類多執行器控制分配研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王向陽
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在垂直或短距起降飛行模式，垂直/短距起降飛機飛行控制器以推進系統作為姿態控制執行器，發動機、推力矢量和氣動舵面等執行器具有不同的動態特性，因此飛行控制系統面臨異類多執行器控制分配問題。針對推進系統強耦合、時變特徵，引入面向對象特徵與控制目標的特徵建模方法，在此基礎上實現異類多執行器自適應動態控制分配。具體內容包括：探索垂直/短距起降飛機推進系統耦合機理和動態特性，建立特徵模型，設計基於特徵模型的推進系統自適應動態跟蹤控制器；研究非仿射非線性系統異類多執行器預測控制分配方法；綜合考慮飛機起降速率、算法執行效率和建模不確定等因素，設計預測控制分配、特徵模型和自適應控制器參數。針對以上內容，本項目首先進行理論分析與算法設計，然後在半物理仿真平台上驗證。預期研究成果可以為解決垂直/短距起降飛機異類多執行器控制分配問題提供理論框架和設計方法，理論成果也可推廣至其他具有執行器動態時變特徵的系統。
結題摘要
垂直起降固定翼飛行器是一類具有廣泛套用前景的飛行器，在垂直或短距起降飛行模式，該類飛行器本體動力學與動力系統存在強耦合關係，且推進系統被飛行控制系統用作為姿態控制執行器，因此飛推綜合建模及控制是發展垂直起降飛行器的基礎。論文針對推力矢量型垂直/短距起降戰鬥機飛推綜合控制問題，開展研究工作，取得的主要成果包括：（1）對垂直/短距起降飛機的三軸承推力矢量噴管的飽和及動力學特性進行了詳細分析，構建了基於非線性函式及一節慣性環節的動力學模型。構建了具有升力風扇、引射噴口等垂直/短距起降戰鬥機主發動機特徵的動力學仿真模型，在此基礎上建立了垂直/短距起降戰鬥機非線性六自由度的動力學仿真模型，為後期建立特徵模型奠定了基礎。（2）針對執行器頻帶與系統頻帶處於同一量級的非線性系統，設計基於預測控制器的動態控制分配方法。通過在非線性系統工作點局部線性化，將線性化系統與推進系統標稱模型融合，針對擴展系統設計預測控制器，建立了冗餘異類執行器非線性系統預測控制器設計方法。提出了基於預測控制器期望指令及權重矩陣線上調節的飛行模式切換方法，有助於降低噴射氣流效應建模誤差及陣風帶來的姿態擾動，通過綜合最佳化預測控制器參數，可實現垂直/短距起降飛機快速、平穩起降。半物理仿真試驗仿真試驗和縮比飛機飛行試驗驗證了基於預測控制分配的飛/推綜合控制方法。本項目研究成果為解決垂直/短距起降飛機異類多執行器控制分配問題提供理論框架和設計方法，理論成果也可推廣至其他具有執行器動態時變特徵的系統。
