多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究(飞行力学,2006)

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1、多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究(飞行力学,2006)本文由pmsl1贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第24卷　第1期　2006年3月飞　行　力　学FLIGHT　DYNAMICS.Vol24　No.1Mar.2006　多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究占正勇,刘　林(飞行自动控制研究所飞控部,陕西西安710065)摘　要:介绍了多操纵面布局飞机飞控系统中冗余控制量分配问题的提出、数学描述及研究发展。重点分析了伪逆法、串接链法和基于二次规划的动态分配三种方法,通过某型先进布局飞机

2、控制分配设计与仿真,对比分析了各种算法应用的优缺点,并给出了结论。　　关　键　词:多操纵面;控制分配;广义逆;二次规划　　中图分类号:V24911;V212　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:100220853(2006)0120013204引言背景机重点进行几种控制分配算法的对比研究。采用先进高效的气动布局是未来战斗机和其它飞行器的发展方向,它在很大程度上增加了飞控系三种操纵面控制相比,多操纵面布局为飞机飞行控1　控制分配问题描述统的控制冗余度,提高了飞机的控制能力。与传统的制提供了更灵活、更可靠、更有效的实现方式。由于控制量大大超

3、过了飞行员的操纵输入量,因此如何设计中面临的首要问题。解决多操纵面的综合分配与协调控制成为飞控系统在飞机的操纵过程中,操纵面主要用于产生力矩作用,在操纵效率已知且忽略操纵面偏转产生的力以后,则多操纵面控制产生的三自由度转矩可用如下代数描述来定义。假设飞机期望转矩是v(t)∈Rk,操纵面偏转量为u(t)∈Rm。这里m>k,给定v(t),u(t)使Bu(t)=v(t),B为k×m秩为k的控制效率矩阵。对于单轴或三轴运动存在操纵面气动余度的控制问题,在早期推力矢量研究中,NASA兰利研究中的概念。但真正直接进行控制分配研究,是美国在20心的研究

4、人员就已经提出了“伪控制”“控制协调”和世纪90年代中期开始的。其中道格拉斯宇航中心在技术研究,并取得了一定的研究试验结果。怀特试[1]考虑作动器位置限制和作动器速率限制,则有:(1)umin≤u(t)≤umaxΘin≤u(t)≤Θaxmm(2)(3)Boeing公司的研究人员进行了翼身融合布局无尾运F215ACTIE验证机上进行过多操纵面控制分配V由于数字控制系统存在合理的近似时间微分:u(t)=[u(t)-u(t-1)]T验室的研究人员在带推力矢量的F216上仿真了基于伪逆法的控制分配算法等[2]。近年来,无尾飞机和创新气动效应面控制

5、技术输机的控制分配问题研究[3],DavidLRaney等人在ICE(InnovativeControlEffector)验证机上进行了式中,T为采样时间。综合式(1)～式(3),则单个采样周期内位置限制可以写为:u(t)≤u(t)≤u(t)-(4)-的研究发展,更促进了控制分配技术的研究热潮。基于伪逆的控制分配仿真验证[4]。本文将基于某型收稿日期:2005201214;修订日期:2005212212作者简介:占正勇(19752),男,湖北麻城人,工程师,硕士,主要从事飞行控制理论与应用研究;刘　林(19632),男,陕西咸阳人,副所长

6、研究员,主要从事飞行控制系统设计、控制理论与应用研究。式中,-u(t)=max{umin,u(t-T)-TΘin},u(t)=minm{umax,u(t-T)+TΘax}。则带约束的控制分配问题m描述转化为如下标准形式:(5)Bu(t)=v(t),-u(t)≤u(t)≤u(t)即在期望输入v(t)作用下,需要求解分配器的输出14u(t)(操纵面偏转指令),并满足约束条件。飞　行　力　学第24卷式(5)的解集是超平面Bu(t)=v(t)和超盒体u-(t)≤u(t)≤u(t)的交集,若两者解集均为凸集,则其交集仍是凸集。方程的解有三种可能:(

7、1)无穷多解:需根据某些性能指标进行优化,寻求最优解;(2)唯一解:可直接求解;(3)无解:需在约束条件下尽可能逼近真正控制。2　控制分配技术研究控制分配的研究方法可归纳为两类:非优化分配法和优化分配法。非优化控制分配方法主要是串接链分配法,而基于优化的控制分配问题存在多种具体的数学转化形式。211　控制分配问题的转化-带约束-u(t)≤u(t)≤u(t)的控制分配问题可以转化为以下四类控制优化问题来求解:(1)直接分配:给定控制效率矩阵B和期望转矩,md,寻找控制向量u及标量Κ使J=Κ最大,并满足等向量u使指标J=‖Bu-md‖最小。(

8、3)最小控制:给定矩阵B和向量up,在不等式约束中寻找向量u满足指标J=‖u-up‖最小。(4)混合优化:给定矩阵B和向量up,在不等式约束中寻找向量u满足指标J=W1‖Bu-md‖+W2‖u