倾转旋翼机飞行控制律重构技术研究

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1、中图分类号：V249.121论文编号：102870118-S185学科分类号：082501硕士学位论文倾转旋翼机飞行控制律重构技术研究研究生姓名文嘉瑜学科、专业飞行器设计研究方向直升机飞行力学与控制指导教师宋彦国副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringReconfigurableFlightControlLawDesignforTiltrotorAi

2、rcraftAThesisinFlightVehicleDesignbyWenJiayuAdvisedbyAssociateProf.SongYanguoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或

3、证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要倾转旋翼机在过渡飞行模态下是一个时变的非线性系统，冗余舵面为过渡模态的飞行控制律重构提供了条件，为提高过渡模态下的飞行安全性，有必要对其过渡模态的飞行控制律重构问题进行研究。本文建立了倾转旋翼机非线性飞行力学模型。对非线性模型进行了配平计算并得到其线化模型，计算了倾转旋翼机所有控制舵面的操纵功效，确定了其具备控

4、制律重构的能力；确定了其全包线飞行的操纵分配策略并对过渡模态下各个通道上的冗余舵面进行融合。设计了全包线飞行控制律。内回路采用非线性动态逆实现了快回路各通道的解耦；中间回路和外回路使用PID控制，使飞行器能够很好地跟随姿态角及前飞速度指令；设计了全包线增益调度自适应控制器，完成了整个飞行包线的飞行控制律平滑过渡并进行了全包线飞行仿真验证。设计了基于多模型切换自适应方法的自适应控制律。分析了作动器故障类型，建立可预见故障模型并针对故障模型设计了相应控制器；设计了多模型自适应控制的监测机制与切换逻辑并完成了全包线飞行仿真验证。采用直接自适应控制方法

5、设计了分层混合直接自适应控制器。提出了分层混合直接自适应控制策略，以多模型切换自适应控制器作为内层控制器处理可预见故障，直接自适应控制器作为外层控制器处理不可预见故障；进行了全包线飞行仿真验证。对本文所设计的全包线飞行控制律进行了可视化仿真。搭建了Simulink/FlightGear联合仿真环境，接入驾驶杆进行了驾驶员在环可视化仿真。关键词：倾转旋翼机，飞行控制，飞行仿真，全包线，控制律重构，多模型切换，模型参考自适应控制，直接自适应控制i倾转旋翼机飞行控制律重构技术研究ABSTRACTTheflightdynamicsofthetiltro

6、toraircraftareingeneraltime-varyingandnonlinear.Duetoitscontrolsurfaceredundancyoneachcontrolchannel,thecontrolproblemisintrinsicallycomplicated.Thecontrolsurfaceredundancyontheotherhandprovidesthepossibilitytoreconfiguretheflightcontrollaw.Toensureflightsafety,itisnecessary

7、tostudytheconversionmodecontrollawreconfigurationofthetiltrotoraircraft.The6-DoFnonlinearflightdynamicsmodelisderivedinthisthesis.Thenonlinearmodelistrimmedunderthewholeflightenvelope.Controleffectsofthecontrolsurfacesareevaluatedtodeterminethecapacityofcontrollawreconfigura

8、tion.Inordertoperformthewhole-envelopeflightsimulation,redundantsurfacesare