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《西北工业大学》 2003年
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火力/飞行/推进控制系统综合研究

张怡哲  
【摘要】: 控制系统综合是现代作战飞机的一个重要发展方向,国外在七十年代初开始进行此项研究,到目前已有很多技术进入现役。国内对综合控制技术的研究开始于九十年代,多限于理论探讨和仿真研究,目前正向工程应用发展。系统综合可以使多个系统之间有效的耦合和共享信息,提高飞机的整体作战能力。我们认为,控制系统的发展方向是综合化、自动化、智能化,而攻击系统的发展方向是一种高性能的无人武器平台,能够进行高效率的全自动攻击。飞控、推进等系统也将演进成为一种一体化的、智能的、综合了各种飞机控制能力并与指挥、控制、传感、导航、攻击等系统高度综合的飞机运动控制系统。 基于以上考虑,本文参考国内外已经完成的工作,致力于在现有技术基础上提高飞机综合化、自动化程度,研究通过飞行、推进、火控等系统的综合实现自动飞行、自动攻击的原理、算法,提供可以工程应用的系统综合方案。主要研究工作包括: 1) 以某型机为背景采用了高真实度仿真模型建立了综合控制仿真、设计平台,能够真实的模拟某型机的运动特性及综合系统之间关系,保证了研究结果具有较高的工程应用价值。开发中创造性地利用现代软件设计概念和开发工具,结合有效的任务管理及控制律剪裁实现了灵活的系统运行配置,将设计平台和仿真平台集为一体,并将多个系统的综合、测试、仿真在一个平台中实现,有效的减小了代码量,提高了代码利用率,并方便了以后的应用、扩展、维护。 2) 研究了复杂非线性系统的控制器设计问题。建立了以某型机为背景的高真实度分析、仿真模型,使用Extrem优化方法及非线性解耦方法成功地进行了控制器设计。优化方法具有广泛的模型适应性,为解决复杂工程问题提供了一种有效的工程方法。非线性解耦方法在高真实度的完整飞机系统分析模型上的应用在国内尚属,文中采用分解设计、组合应用、多级解耦控制结构等方法,解决了非线性解耦方法难于应用于复杂系统的问题,成功地设计了滚转角及过载解耦控制器,达到了较好的控制效果,为工程设计提供了新的途径。 3) 提出了飞控系统输入设计概念,并成功地构建了飞控输入设计器,能够在不改变原飞控系统条件下有效地提高舵面控制能力,获得接近直接舵面操纵的性能,对于现役飞机改进、改型中飞机运动自动控制系统的设计具有非常重要的意义。 4) 提出了一体化飞机运动控制系统的概念,能够有效综合现有及将来的飞机运动控制方式,解决了新的控制手段难以和原飞行控制系统融合的问题。基于该概念设计了飞推综合原理方案,并在考虑工程实现条件及现役飞机改进、改型要求后建立了工程实现方案,设计了轨迹跟踪方式的自动飞行系统,解决了轨迹生成、表示、管理、跟踪等问题,能够实现运动状态的精确控制,提高爬升、巡航等任务的性能。 5) 在综合控制仿真/设计平台上成功地进行了飞推系统综合,完成了爬升、着陆、巡航、截击、TF/TA等典型任务的自动飞行,对跟踪控制律进行了优化设计, 西北工业大学博士学位论文 建立了相关的轨迹管理、任务管理系统。系统综合及仿真显示,所设计的工程综合方 案能够有效提高飞机运动精确控制能力,可以在不修改当前飞控及推进控制的条件下 以较小的代价工程实现。其中以工程应用为目标使用高真实度仿真模型实现自动 TF几A飞行在国内尚属首次。 6)提出了自动攻击系统的概念,研究了通过火控与飞机运动控制系统的综合实 现自动攻击的方法,设计了火飞推综合原理方案。在考虑目前工程实现条件及现役机 改进、改型要求后建立了实用的火飞推综合工程实现方案,针对水平、拉起、俯冲三 种空地攻击方式建立了完整的自动攻击算法,设计了相关的任务管理、控制律剪裁逻 辑等。 7)在综合控制仿真/设计平台上实现了火飞推综合系统,对祸合控制律进行了 优化设计,对水平、拉起、俯冲三种空地攻击方式进行了自动攻击仿真。拉起轰炸的 自动攻击模块在某所Dsl台上与某型机航电系统交联进行了系统综合及自动攻击仿 真测试。所进行的综合及仿真显示,所提出的工程综合方案是实用、有效、可行的, 能够在现有系统基础上以较小的代价进行系统综合,实现自动攻击,其攻击精度相对 人工操纵有显著提高。 8)以工程应用为目标提出了AMAS系统工程实现方案,建立了完整的NWL自 动攻击算法。在综合控制仿真/设计平台上实现了AMAS系统,使用优化方法进行了 祸合控制律设计,完成了AMAS自动攻击仿真测试。仿真结果显示所进行的综合是 成功的,所设计的自动攻击算法正确有效,能够很好地完成所要求的机动空地攻击任 务。该项研究中,首次给出了完整的NWL自动攻击算法,在国内首次实现了AMAS 自动攻击。 从本文研究结果可以看出,通过系统综合能够以较小的代价拥有自动飞行和自动 攻击能力,可以拓展攻击方式,较大幅度的提高作战飞机的综合化、自动化水平,使 飞机整体作战能力得到提升。其中在自动飞行方面能够获得精确飞行状态控制能力, 提高轨迹控制精度,实现最优爬升、快速截击、低耗油或久航时巡航
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:V233.7

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