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非线性与模糊控制方法在飞控系统中的应用

孔霞  
【摘要】: 飞机自动着陆系统是发展现代飞机的一项关键技术,受到了各个国家的普遍重视。目前,飞机着陆系统已从仪表着陆系统发展到了微波着陆系统。它改善了仪表着陆系统在技术上和使用上的局限性,能提供全天候导引功能,提供各种进场航线,以及导引进场速度、下滑角、重量都极不相同的各种飞机进行着陆。并且,由于微波着陆系统工作于微波段,还可以减小多径效应。因此,和仪表着陆系统相比,微波着陆系统是一种性能比较优越的着陆导航系统。在2000年,微波着陆系统将在全球范围内取代仪表着陆系统。 随着飞机飞行任务不断趋向复杂化,飞机的动态模型具有显著的非线性,基于小扰动线性化方程的线性系统设计方法已经难以满足系统设计的要求。这就迫使我们研究飞机的非线性设计方法。但是,一般的非线性方法都是基于被控对象的精确数学模型,这样,当模型不准确,或系统存在参数摄动时,就难以保证所设计系统的鲁棒性。而模糊控制方法的优点就在于对模型不确定的情况下,也能达到良好的控制效果。因此,考虑将这两种方法结合起来,以取长补短。即在保证控制精度的同时,提高闭环系统的鲁棒性。 本文以国产某型飞机为对象,应用基于微分几何的非线性多输入多输出系统输入一输出反馈线性化方法,对飞机原始非线性微分方程进行输入输出反馈线性化,将其等效为解耦了的一个一阶线性系统和一个二阶线性系统。在此基础上,采用带优化修正函数无量化的模糊控制方法,设计飞机的微波着陆控制系统,并进行了闭环仿真。经过比较、分析之后,本文采取了附加前馈环节的分段控制方案,取得了良好的控制效果。 本文的最后一部分对飞机自动着陆过程中存在的风干扰作了研究,建立了垂直风、水平风的数学模型,并在风的干扰下对飞机着陆过程作了闭环仿真。又讨论了飞机方程中可能存在的参数摄动对系统控制效果的影响,并进行闭环仿真。结果表示用非线性方法和模糊控制方法设计的飞机自动着陆系统对风干扰和参数摄动都具有较强的鲁棒性。


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