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综合飞行/推进控制关键技术研究

刘国刚  
【摘要】: 本文针对综合飞行/推进控制系统设计问题,采用递阶、分散的系统综合方案,研究了综合飞行/推进控制中的关键技术,本文侧重于原理方法方面的研究,对具备仿真条件的研究内容均进行了数值仿真。 就航迹优化问题,本文介绍了用直接优化方法进行系统优化的基本原理,给出了用这种方法进行航迹优化时速度序列和控制序列的求解方法,将直接法应用于低空突防参考航迹的优化,结合数字地图技术,可以求解出突防次优三维参考航迹,由于优化参数少,利用单纯形算法可以快速地实现优化计算,并具有较强的收敛性,因此可以解决在线实时三维航迹优化问题。 在飞行器航迹跟踪控制系统设计方面,针对具有推力矢量功能的飞行器快模态设计问题,提出了以分配系数为核心的控制量分配方案,协调可用气动操纵力矩和可用推力矢量力矩,该方案能够充分发挥气动操纵面和推力矢量的效能。针对用动态逆方法设计飞行器航迹角控制系统所遇到的完全非线性问题,提出了一种以神经网络为核心的解决方案,其中用一个前向神经网络逼近完全非线性系统的近似逆;并在分析了系统误差的基础上,用一个自适应动态神经网络补偿系统的近似误差和前向神经网络的映射逼近误差,仿真结果表明该方案可以实现良好的航迹角指令跟踪控制。针对低空突防航迹导引的特殊问题,所提出的比例加航迹角预测控制的组合导引方法明显地改善了航迹跟踪精度。 对于综合飞行/推进系统建模,本文重点研究了包括进气道出口畸变及其对发动机特性线影响的建模方法;收—扩喷管的建模方法;推力矢量的建模方法,其中包括矢量喷管的偏转对发动机工作状态的影响以及矢量喷管的偏转对飞行器姿态动力学的影响。所建的综合模型对评估综合控制系统的有效性发挥了重要作用。 就航空发动机多变量控制器设计问题,所提出的线性模型的提取方法可方便有效地利用可测数据识别发动机在某一工作点附近的线性模型,所给出的基于LMI的鲁棒多变量控制器设计方法能够适应发动机进口畸变和喷管偏转的影响,实现对转速和压比的精确控制。 根据未来一代飞行器对推进系统的要求,介绍了高稳定推进控制系统的基本构成及相关技术,所提出的基于广义预测的迎角估计方法可以准确地估计出飞行器机动过程中迎角的变化;所开发的发动机控制方案能够对畸变进行适应,保证发动机在一定的稳定裕度下工作。


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