民机飞行特情状态预测及改出控制研究

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1、中图分类号：V212.1;V216.7论文编号：102870715-S053学科分类号：082304硕士学位论文民机飞行特情状态预测及改出控制研究研究生姓名袁心学科、专业载运工具运用工程研究方向航空器运行品质分析与仿真指导教师高振兴副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationResearchonStatesPredictionandRecoveryControlofCivilAircraftEmergencyAThe

2、sisinTrafficandTransportationEngineeringbyYuanXinAdvisedbyAssociateProf.GaoZhen-xingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015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证书而使用过的材料。本人授权南京

3、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：摘要民机飞行特情对飞行安全构成严重威胁。随着飞机本体安全性的提高，由大气扰动诱发的飞行特情的比例不断上升。飞机在大气扰动下执行预定飞行任务时，如何保持飞行状态参数在安全飞行包线内，是保证飞行安全的关键。论文基于某民机建模数据，建立完整的飞行动力学模型和线性变参数模型。并以安全改出飞行特情为目标，研究基于滚动优化的控制律算法，并专门针对飞机处于外部干扰情况下的下滑道捕获与跟踪的控制策略进行探讨。论文的主要研究内容有：(1

4、)建立了全量非线性飞机动力学模型。基于民机建模数据，系统分析并建立了气动力和力矩模型，以及自动飞行控制系统模型，并结合验模数据进行了模型验证。全量模型已获得工程应用。(2)建立了用于民机起降阶段飞行特情分析的动力学模型。系统推导了含扰动风的近地面飞行动力学方程，建立起落架模型以用于飞机异常接地过程模拟。结合某民机建模数据和飞行记录数据，实现了该机重着陆和扰动风下擦地复飞的事故过程再现。(3)建立了用于下滑道捕捉与跟踪的纵向线性变参数LPV模型。系统分析了典型飞行状态下各项气动导数对空气动力和力矩的影响，获得简化三自由度模型。采用函数替代方法，建立了飞机纵向三自由度的LPV模型，并完成了模型

5、验证仿真。(4)针对飞机进场着陆过程，采用模型预测控制方法完成控制器设计。在LPV模型的基础上，从飞行包线保护的角度，研究了飞机在扰动风影响下进场着陆的预测控制方法。并通过飞机下滑道跟踪仿真，验证了控制器的有效性。关键词：线性变参数模型，飞行包线保护，模型预测控制，风切变，飞行特情IAbstractCivilaircraftemergencythreatensflightsafetyseriously.Withthedevelopmentoftheaircrafts'systemstability,theproportionofflightemergency,whicharecausedb

6、ytheatmosphericdisturbancesincreasesgreatly.Whentheaircraftexecutethescheduledtask,howtorestrictflightstateinnormalflightenvelopeisthekeytoensureflightsafety.Basedonacertaincivilaircraftmodelingdata,thewholeflightdynamicsmodelandlinearparameter-varyingmodelwerebuilt.Inordertosafelyescapeflightemer

7、gency,themovinghorizoncontrolwasstudied.Furthermore,thispaperdoesfurtherresearchonthecontrolstrategyaboutaircrafts’glideslopecapturingandtrackingunderwindshear.Themainresearchcontentsareasfollows:(1)Thewholenonli