飛行器控制律設(shè)計(jì)方法發(fā)展綜述_王美仙

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1、第25卷第2期飛行力學(xué)Vol.25No.22007年6月FLIGHTDYNAMICSJune2007飛行器控制律設(shè)計(jì)方法發(fā)展綜述121王美仙,李明,張子軍(1.沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所飛行控制部,遼寧沈陽(yáng)110035;2.沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所,遼寧沈陽(yáng)110035)摘要:綜述了飛行器控制律設(shè)計(jì)方法的研究和應(yīng)用狀況。首先簡(jiǎn)述了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展?fàn)顩r,然后給出最優(yōu)控制法、特征結(jié)構(gòu)配置法等線性設(shè)計(jì)方法和非線性反饋線性化、非線性H]優(yōu)化與L綜合魯棒控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、反步控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制等非線性設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)及其在飛行器控制律設(shè)計(jì)上的限制,最后分析總結(jié)了存在的問(wèn)題及未來(lái)的發(fā)展方

2、向。關(guān)鍵詞:控制律設(shè)計(jì);線性控制;非線性控制中圖分類號(hào):V24911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-0853(2007)02-0001-04引言一。最優(yōu)控制設(shè)計(jì)方法在軍機(jī)上的應(yīng)用最早是在F-8C主動(dòng)控制技術(shù)驗(yàn)證機(jī)上,該機(jī)的全部縱向及橫在我國(guó)航空工程界,到目前為止,大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)側(cè)向控制律設(shè)計(jì)均采用了顯模型跟蹤最優(yōu)二次型方的控制系統(tǒng)都是采用經(jīng)典頻域或根軌跡法設(shè)計(jì)的。法。經(jīng)過(guò)實(shí)際試飛驗(yàn)證表明,飛機(jī)具有優(yōu)良的飛行品質(zhì)。20世紀(jì)80年代后半期,美國(guó)與德國(guó)聯(lián)合研這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用,設(shè)計(jì)過(guò)程透明,工程設(shè)計(jì)人員可清晰地看到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和性能是如何被修改的。而制了大迎角超機(jī)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)X-31,其飛控

3、系統(tǒng)控制律且現(xiàn)行的飛行品質(zhì)要求大多數(shù)是根據(jù)經(jīng)典控制理論的基本設(shè)計(jì)方法也是最優(yōu)控制方法。我國(guó)從20世提出的,設(shè)計(jì)依據(jù)充分,設(shè)計(jì)人員憑借自身豐富的設(shè)紀(jì)80年代初開始,與主動(dòng)控制技術(shù)驗(yàn)證及電傳系統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn),通過(guò)使用多模態(tài)控制律以及調(diào)參技術(shù)等,最設(shè)計(jì)同步,在有關(guān)高校和研究所開展了最優(yōu)控制理終可以設(shè)計(jì)出性能較為完善的飛行控制系統(tǒng)。但論在飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究,并進(jìn)行了具是,隨著控制系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越復(fù)雜,用經(jīng)典設(shè)有一定工程意義的控制律設(shè)計(jì),取得了一些經(jīng)驗(yàn)。計(jì)方法設(shè)計(jì)控制律就變得非常困難,設(shè)計(jì)進(jìn)度緩慢,此外,與最優(yōu)控制技術(shù)同時(shí)發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用比較成甚至變得不可實(shí)現(xiàn)。這主要是因?yàn)?經(jīng)典方

4、法難以熟的還有極點(diǎn)配置法、特征結(jié)構(gòu)配置法以及定量反處理、協(xié)調(diào)系統(tǒng)的多變量輸入輸出特性;現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)饋法等。都要求具有大機(jī)動(dòng)飛行性能,但是此時(shí)的飛機(jī)非線但是,基于線性系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)不能保性特性就無(wú)法用經(jīng)典線性化方法處理。因此,就必證飛機(jī)的大迎角飛行性能,因?yàn)檫@時(shí)飛機(jī)的氣動(dòng)力須尋找能夠滿足越來(lái)越復(fù)雜的飛行控制系統(tǒng)要求的表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性和非定常性,飛機(jī)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈耦現(xiàn)代線性或非線性設(shè)計(jì)方法。合,傳統(tǒng)的小擾動(dòng)線性化處理技術(shù)已無(wú)法適用,因而發(fā)展出了多種非線性控制律設(shè)計(jì)方法。1現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展反饋線性化是非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用的一種方法。從20世紀(jì)80年代初發(fā)展至今,已經(jīng)得

5、到廣由于經(jīng)典控制設(shè)計(jì)方法的缺陷,使得基于狀態(tài)泛的應(yīng)用。反饋線性化理論包括微分幾何方法和動(dòng)變量模型設(shè)計(jì)的現(xiàn)代控制理論方法在飛控系統(tǒng)的設(shè)態(tài)逆方法兩個(gè)分支。對(duì)于飛行控制系統(tǒng),動(dòng)態(tài)逆是[1]計(jì)上得到長(zhǎng)足的發(fā)展。其中,最優(yōu)控制技術(shù)是現(xiàn)研究最廣泛的反饋線性化方法,在大迎角超機(jī)動(dòng)飛代控制理論線性化設(shè)計(jì)控制器最為成功的技術(shù)之機(jī)、先進(jìn)短距起飛/垂直著陸飛機(jī)、直升機(jī)以及無(wú)人收稿日期:2006-03-03;修訂日期:2007-03-14作者簡(jiǎn)介:王美仙(1976-),女,內(nèi)蒙古集寧人,博士研究生,主要從事飛行控制系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì)及飛行品質(zhì)研究;李明(1936-),男,上海人,工程院院士,博士生導(dǎo)師,主

6、要從事飛機(jī)總體設(shè)計(jì)及綜合飛行控制系統(tǒng)研究。2飛行力學(xué)第25卷機(jī)等飛行控制系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。非線性H]優(yōu)解耦、系統(tǒng)魯棒性等方面的要求。特征結(jié)構(gòu)配置中,化問(wèn)題的研究始于1981年Zames的論文,它通過(guò)求特征值決定了系統(tǒng)的響應(yīng)快慢,反映了模態(tài)的阻尼解Hamilton-Jacobi偏微分不等式而得到系統(tǒng)非線性比、自然頻率等特征。特征向量則表明了各個(gè)模態(tài)控制律,但到目前為止,還沒(méi)有系統(tǒng)完整的求解不等之間是如何按照回路狀態(tài)分布,反映了模態(tài)之間的式方法?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制方法是蘇聯(lián)學(xué)者早在20耦合,且飛行品質(zhì)要求中正好包含了這些耦合指標(biāo),世紀(jì)50年代末就已經(jīng)開展的研究項(xiàng)目,但其在飛行如有關(guān)滾

7、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中荷蘭滾振動(dòng)的幅度,或者滾轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用較少。反步控制方法是在和側(cè)滑角之間的相對(duì)相位等,這些指標(biāo)可以直接轉(zhuǎn)20世紀(jì)80年代末期,由Kokotovic發(fā)展起來(lái)的一種化成對(duì)特征向量的要求。通過(guò)特征結(jié)構(gòu)配置,能夠非線性控制方法。作為一種新的設(shè)計(jì)方法,近年有使閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)既滿足一定的阻尼特性,又些學(xué)者正致力于將其應(yīng)用在非線性飛控系統(tǒng)研究使各模態(tài)之間保持期望的關(guān)聯(lián)/解耦合特性。但是,中。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,從20世紀(jì)90年代開始,作為一特征結(jié)構(gòu)配置可能更適于用在低階系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)階種新