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民用飞机阵风减缓控制及可视化仿真

白雪飞  
【摘要】:民用飞机在巡航和机动飞行过程中经常会遭遇到大气扰动,由此产生的气动力和力矩会给飞机增加不希望的附加过载,不仅造成飞机因为承受较大的动态结构载荷而容易疲劳损坏,而且增加飞机的操纵难度和降低乘客的乘坐舒适度。本文主要针对民用飞机开展阵风减缓控制技术的研究,设计阵风减缓控制方案,完成阵风减缓控制律的设计与仿真,开发阵风减缓控制仿真软件进行可视化验证。文章首先分析大气扰动并对其建立数学模型。结合国外民用飞机的阵风减缓控制技术,在分析传感器布局、操纵舵面和控制方式选取的基础上设计了阵风减缓控制方案。通过使用对称副翼、扰流板和升降舵来实现阵风减缓控制。然后针对大气紊流和风切变这两种类型的大气扰动,结合飞机纵向线性运动数学模型,分别建立阵风—飞机综合线性系统模型,以法向过载为性能指标,分别采用LQG/LTR方法和LQR方法设计最优状态调节器使性能指标达到最小,并进行MATLAB/Simulink仿真,仿真结果表明所设计的控制律达到了减小阵风载荷的目标。接着结合大气紊流数学模型与飞机纵向非线性运动数学模型,建立阵风—飞机综合非线性系统模型,基于反步法设计自适应补偿控制律来减缓紊流扰动,并实现MATLAB/Simulink仿真,仿真结果显示该控制律可以实现阵风减缓功能。最后通过使用Lab VIEW与MATLAB/Simulink的联合编程设计阵风减缓控制仿真软件。该软件可以帮助用户在仿真过程中进行飞行控制和状态观察,验证所设计阵风减缓控制律的效果,实现系统的可视化仿真。


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