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《傾轉(zhuǎn)旋翼機動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程的操縱策略優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252017VoI．38No．7SSN1000-6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．eduCR傾轉(zhuǎn)旋翼機動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程的操縱策略優(yōu)化嚴(yán)旭飛，陳仁良”南京航空航天大學(xué)直升機旋翼動力學(xué)國家級重點實驗室，南京210016摘要：利用最優(yōu)控制方法研究傾轉(zhuǎn)旋翼機的最優(yōu)動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程，并得到最優(yōu)操縱策略，使得由時間、姿態(tài)角變化以及駕駛員工作負荷等組成的性能指標(biāo)達到最小。首先，在基
2、本縱向剛體飛行動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上引入混合操縱方程，并使用桿量位移的一階導(dǎo)數(shù)作為控制量，形成適用于計算傾轉(zhuǎn)旋翼機動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程的飛行動力學(xué)模型，從而能在動態(tài)傾轉(zhuǎn)操縱策略優(yōu)化過程中考慮到操縱系統(tǒng)特性對操縱量變化速度的限制，以及避免操縱量在優(yōu)化過程中出現(xiàn)跳躍不連續(xù)。然后，將傾轉(zhuǎn)旋翼機的最優(yōu)動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程轉(zhuǎn)化為非線性動態(tài)最優(yōu)控制問題，建立合理的性能指標(biāo)，并采用直接轉(zhuǎn)換法和序列二次規(guī)劃算法進行求解。最后，以XV一15傾轉(zhuǎn)旋翼機為樣機，分別計算正向和逆向最優(yōu)動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程，并與駕駛員飛行仿真數(shù)據(jù)進行對比。結(jié)果表明：飛
3、行狀態(tài)量的時間歷程與文獻吻合地較好，且俯仰姿態(tài)角和桿量位移變化更加柔和。最優(yōu)控制方法可以用于研究傾轉(zhuǎn)旋翼機的最優(yōu)動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程。關(guān)鍵詞：最優(yōu)控制；傾轉(zhuǎn)旋翼機；動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡；性能指標(biāo)；序列二次規(guī)劃中圖分類號：V212．4文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000—6893(2017)07—520865—1l傾轉(zhuǎn)旋翼機是一種將直升機和固定翼飛機特點融為一體的新型飛行器，具有廣泛的應(yīng)用前景。傾轉(zhuǎn)旋翼機具有3種飛行模式：直升機模式、固定翼飛機模式以及傾轉(zhuǎn)過渡模式。為了滿足直升機模式和固定翼飛機模式的要求，傾轉(zhuǎn)旋翼機同時具有直升
4、機和固定翼2套操縱方式，并隨著發(fā)動機短艙傾轉(zhuǎn)角的改變而逐漸轉(zhuǎn)換。因此傾轉(zhuǎn)旋翼機在傾轉(zhuǎn)過渡過程中會出現(xiàn)操縱冗余問題，駕駛員操縱會變得十分復(fù)雜。除此之外，整個傾轉(zhuǎn)過渡過程還必須保證在短艙傾轉(zhuǎn)角一速度包線內(nèi)完成，這是因為過低的前飛速度會導(dǎo)致傾轉(zhuǎn)旋翼機機翼失速，過高的前飛速度則會受到旋翼前行槳葉壓縮性、后行槳葉失速以及旋翼可用功率的限制?？梢钥闯?，傾轉(zhuǎn)旋翼機的傾轉(zhuǎn)過渡過程是極為重要和復(fù)雜的飛行過程，如何解決操縱冗余問題，并讓傾轉(zhuǎn)旋翼機順利地完成直升機模式和固定翼飛機模式之間的相互轉(zhuǎn)換，是國內(nèi)外研究的重要課題。目前關(guān)于傾
5、轉(zhuǎn)旋翼機傾轉(zhuǎn)過渡的控制方法主要集中在預(yù)先設(shè)定操縱方案以解決操縱冗余問題，并設(shè)計控制系統(tǒng)來跟蹤預(yù)定指令(傾轉(zhuǎn)規(guī)律、飛行軌跡等)上口。4]，無法得到不同飛行任務(wù)下整個傾轉(zhuǎn)過渡過程的最優(yōu)操縱策略和飛行軌跡[5。9]。事實上，研究傾轉(zhuǎn)旋翼機的最優(yōu)傾轉(zhuǎn)過渡過程，得到對應(yīng)的操縱策略和飛行軌跡等，不僅可以解決操縱冗余問題，還能有效降低駕駛員工作負荷、提高傾轉(zhuǎn)過渡效率、穩(wěn)定機體姿態(tài)，有利于傾轉(zhuǎn)過渡系統(tǒng)的設(shè)計，因此有必要對傾轉(zhuǎn)旋翼機的最優(yōu)傾轉(zhuǎn)過渡過程進行研究。傾轉(zhuǎn)旋翼機在傾轉(zhuǎn)過渡過程中的最優(yōu)動態(tài)傾收稿日期：2016—10-19；
6、退修日期：2016—11-,25；錄用日期：2017-03—02i網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-03-2810：43網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V20170328．1043．002．html基金項目：國家自然科學(xué)基金(11672128)*通訊作者．E．mail：crlae@nuaa．eduon引用榕武
7、嚴(yán)旭飛，睬仁良．傾轉(zhuǎn)旋翼機動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程的操縱策略優(yōu)化!J]．航空學(xué)報，2017，38(7)：520865．YANXF，CHENRLControlstrategyopti
8、mizationofdynamicconversionprocedureoftilt-rotoraircran!Jj．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2017．38(7)：520865520865．1航空學(xué)報轉(zhuǎn)問題可以描述為：從一類允許的傾轉(zhuǎn)過渡操縱策略中找出1個最優(yōu)的操縱策略，使傾轉(zhuǎn)旋翼機在該操縱策略作用下由初始狀態(tài)模式傾轉(zhuǎn)到指定的目標(biāo)狀態(tài)模式的同時，其評價運動過程品質(zhì)優(yōu)劣的性能指標(biāo)為最優(yōu)。在整個傾轉(zhuǎn)過程中，飛行器的運動、操縱策略與性能指標(biāo)均為時間和空間的函數(shù)，因此傾轉(zhuǎn)
9、旋翼機的最優(yōu)動態(tài)傾轉(zhuǎn)問題可以歸結(jié)為一種含有狀態(tài)和控制約束的非線性動態(tài)最優(yōu)控制問題。該問題可以采用最優(yōu)控制方法進行求解。最優(yōu)控制方法廣泛應(yīng)用于傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)動機失效后軌跡優(yōu)化的研究，該方法不僅可以解決傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)動機失效后駕駛員的操縱冗余問題[1“13]，還能得到最優(yōu)操縱策略和飛行軌跡[14‘17I。目前尚未有文獻將該方法應(yīng)用于研究傾轉(zhuǎn)旋翼機的最優(yōu)動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程。因此，本文采用最優(yōu)控制方
