民用飞机阵风减缓控制及可视化仿真

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870315-S143学科分类号：081101硕士学位论文民用飞机阵风减缓控制及可视化仿真研究生姓名白雪飞学科、专业控制理论与控制工程研究方向飞行控制与仿真指导教师张绍杰副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringGustloadalleviationcontrolandvisualsim

2、ulationofcivilaircraftsAThesisinControlScienceandEngineeringbyBaiXuefeiAdvisedbyAssociateProf.ZhangShaojieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,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

3、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：_____摘要民用飞机在巡航和机动飞行过程中经常会遭遇到大气扰动，由此产生的气动力和力矩会给飞机增加不希望的附加过载，不仅造成飞机因为承受较大的动态结构载荷而容易疲劳损坏，而且增加飞机的操纵难度和降低乘客的乘坐舒适度。本文主要针对

4、民用飞机开展阵风减缓控制技术的研究，设计阵风减缓控制方案，完成阵风减缓控制律的设计与仿真，开发阵风减缓控制仿真软件进行可视化验证。文章首先分析大气扰动并对其建立数学模型。结合国外民用飞机的阵风减缓控制技术，在分析传感器布局、操纵舵面和控制方式选取的基础上设计了阵风减缓控制方案。通过使用对称副翼、扰流板和升降舵来实现阵风减缓控制。然后针对大气紊流和风切变这两种类型的大气扰动，结合飞机纵向线性运动数学模型，分别建立阵风—飞机综合线性系统模型，以法向过载为性能指标，分别采用LQG/LTR方法和LQR方法设计最优状态调节器使

5、性能指标达到最小，并进行MATLAB/Simulink仿真，仿真结果表明所设计的控制律达到了减小阵风载荷的目标。接着结合大气紊流数学模型与飞机纵向非线性运动数学模型，建立阵风—飞机综合非线性系统模型，基于反步法设计自适应补偿控制律来减缓紊流扰动，并实现MATLAB/Simulink仿真，仿真结果显示该控制律可以实现阵风减缓功能。最后通过使用LabVIEW与MATLAB/Simulink的联合编程设计阵风减缓控制仿真软件。该软件可以帮助用户在仿真过程中进行飞行控制和状态观察，验证所设计阵风减缓控制律的效果，实现系统的可

6、视化仿真。关键词：阵风减缓，大气扰动，LQR控制，LQG/LTR控制，非线性自适应控制，LabVIEW软件设计IABSTRACTDuringcruisingandmaneuveringflights,civilaircraftsproduceaerodynamicandtorqueundertheinfluenceofatmosphericdisturbances.Therefore,undesirableadditionaloverloadisimposedonaircrafts,whichnotonlyleads

7、tostructurefatiguedamage,butalsoincreasesthedifficultyofmanipulatingaswellasreducepassengers’ridingcomfortablenes.Thispapermainlyfocusesontheresearchofairliners’gustloadalleviaitoncontroltechnology,puttingforwardfeasiblecontrolschemesforgustalleviation,completi

8、ngthedesignandsimulationofthecontrollaw,developingasoftwaretovisualizethecontrolresultsFirstofall,themathematicalmodelisestablishedbasedontheanalysisofatmosphericdisturbance