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1、第25卷第2期飞行力学Vol.25No.22007年6月FLIGHTDYNAMICSJune2007飞行器控制律设计方法发展综述121王美仙,李明,张子军(1.沈阳飞机设计研究所飞行控制部,辽宁沈阳110035;2.沈阳飞机设计研究所,辽宁沈阳110035)摘要:综述了飞行器控制律设计方法的研究和应用状况。首先简述了现代控制理论的发展状况,然后给出最优控制法、特征结构配置法等线性设计方法和非线性反馈线性化、非线性H]优化与L综合鲁棒控制、滑模变结构控制、反步控制、神经网络控制、自适应控制等非线性设计方法的特点及其在飞行器控制律设计上的限制,最后分析总结了存在的问题及未来的发展方
2、向。关键词:控制律设计;线性控制;非线性控制中图分类号:V24911文献标识码:A文章编号:1002-0853(2007)02-0001-04引言一。最优控制设计方法在军机上的应用最早是在F-8C主动控制技术验证机上,该机的全部纵向及横在我国航空工程界,到目前为止,大多数战斗机侧向控制律设计均采用了显模型跟踪最优二次型方的控制系统都是采用经典频域或根轨迹法设计的。法。经过实际试飞验证表明,飞机具有优良的飞行品质。20世纪80年代后半期,美国与德国联合研这种方法简单实用,设计过程透明,工程设计人员可清晰地看到系统的动态和性能是如何被修改的。而制了大迎角超机动验证机X-31,其飞控
3、系统控制律且现行的飞行品质要求大多数是根据经典控制理论的基本设计方法也是最优控制方法。我国从20世提出的,设计依据充分,设计人员凭借自身丰富的设纪80年代初开始,与主动控制技术验证及电传系统计经验,通过使用多模态控制律以及调参技术等,最设计同步,在有关高校和研究所开展了最优控制理终可以设计出性能较为完善的飞行控制系统。但论在飞行控制系统设计中的应用研究,并进行了具是,随着控制系统的性能要求越来越复杂,用经典设有一定工程意义的控制律设计,取得了一些经验。计方法设计控制律就变得非常困难,设计进度缓慢,此外,与最优控制技术同时发展起来的应用比较成甚至变得不可实现。这主要是因为:经典方
4、法难以熟的还有极点配置法、特征结构配置法以及定量反处理、协调系统的多变量输入输出特性;现代战斗机馈法等。都要求具有大机动飞行性能,但是此时的飞机非线但是,基于线性系统模型设计控制系统不能保性特性就无法用经典线性化方法处理。因此,就必证飞机的大迎角飞行性能,因为这时飞机的气动力须寻找能够满足越来越复杂的飞行控制系统要求的表现出强烈的非线性和非定常性,飞机运动强烈耦现代线性或非线性设计方法。合,传统的小扰动线性化处理技术已无法适用,因而发展出了多种非线性控制律设计方法。1现代飞行控制系统设计方法的发展反馈线性化是非线性控制系统设计常用的一种方法。从20世纪80年代初发展至今,已经得
5、到广由于经典控制设计方法的缺陷,使得基于状态泛的应用。反馈线性化理论包括微分几何方法和动变量模型设计的现代控制理论方法在飞控系统的设态逆方法两个分支。对于飞行控制系统,动态逆是[1]计上得到长足的发展。其中,最优控制技术是现研究最广泛的反馈线性化方法,在大迎角超机动飞代控制理论线性化设计控制器最为成功的技术之机、先进短距起飞/垂直着陆飞机、直升机以及无人收稿日期:2006-03-03;修订日期:2007-03-14作者简介:王美仙(1976-),女,内蒙古集宁人,博士研究生,主要从事飞行控制系统控制律设计及飞行品质研究;李明(1936-),男,上海人,工程院院士,博士生导师,主
6、要从事飞机总体设计及综合飞行控制系统研究。2飞行力学第25卷机等飞行控制系统中得到成功应用。非线性H]优解耦、系统鲁棒性等方面的要求。特征结构配置中,化问题的研究始于1981年Zames的论文,它通过求特征值决定了系统的响应快慢,反映了模态的阻尼解Hamilton-Jacobi偏微分不等式而得到系统非线性比、自然频率等特征。特征向量则表明了各个模态控制律,但到目前为止,还没有系统完整的求解不等之间是如何按照回路状态分布,反映了模态之间的式方法。滑模变结构控制方法是苏联学者早在20耦合,且飞行品质要求中正好包含了这些耦合指标,世纪50年代末就已经开展的研究项目,但其在飞行如有关滚
7、转运动中荷兰滚振动的幅度,或者滚转角控制系统设计方面的应用较少。反步控制方法是在和侧滑角之间的相对相位等,这些指标可以直接转20世纪80年代末期,由Kokotovic发展起来的一种化成对特征向量的要求。通过特征结构配置,能够非线性控制方法。作为一种新的设计方法,近年有使闭环系统的动态响应既满足一定的阻尼特性,又些学者正致力于将其应用在非线性飞控系统研究使各模态之间保持期望的关联/解耦合特性。但是,中。神经网络控制,从20世纪90年代开始,作为一特征结构配置可能更适于用在低阶系统,当系统阶种新
