飞机的故障自修复技术研究

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1、飞机的故障自修复技术研究姓名：学号：专业：学院：摘要飞机在飞行过程中，如果发生升降舵、副翼、方向舵等操纵面的突然卡死或损伤等故障，会导致飞行品质严重降低，甚至会破坏飞行控制系统的稳定性而导致飞机的坠毁。本文以某型飞机模型为对象，重点研究飞机自修复飞行控制技术，在飞机出现操纵面故障或者战斗受损时，能够使飞机的稳定和恢复过程自动化，避免飞行事故的发牛:。首先，建立了某型飞机的六自由度非线性方程，在MATLAB语言环境下运用三次样条函数插值方法对大量的气动力参数及气动力矩参数数据进行了插值处理，并在此基础上建立了飞机正常和

2、故障飞行的仿真模型。其次，将神经网络与逆系统理论结合，分别建立了飞机俯仰、滚转和偏航操纵通道的神经网络逆系统，克服了传统的逆系统设计中将不可忽视的非线性关系用线性关系代替或者忽略的弊端。再次，应用基于神经网络动态逆方法的口适应跟踪口修复控制方案对飞机在几种典型故障下的自修复控制进行了仿真研究。克服了单纯用线性控制系统理论来控制象飞机这样的复杂非线性系统鲁棒性能较差的问题。对由于建模误差、不确定因素等引起的非线性系统逆误差则由自组织模糊小脑模型关节控制器神经网络来对消，以获得预期的控制效果，从而达到口修复控制冃的。关键

3、词:飞机自修复飞行控制神经网络自适应控制逆系统一、研究的目的和意义飞机飞行过程中有时会发生机翼、平尾折断或升降舵、副翼、方向舵等操纵面突然卡死的现象，而驾驶员主要通过管理和监控复杂的飞行控制和导航等来操纵飞机。但是对于驾驶员来说，即使是经验丰富的驾驶员，恰当地应付突发性故障和反常情况是很困难的。因而，在飞行控制系统设计时，利用故障自修复技术增加系统对故障的适应能力，使飞机在遇到故障和危险时仍可安全飞行。实际上，飞机的每一个控制操纵面的偏转都能产生不同轴向的附加力矩，可以在飞机某操纵面发生故障时，将另外一侧操纵面及其它

4、操纵通道的控制作用重新调整来消除或者减小故障操纵面的影响，也就是说飞机的控制操纵面之间存在着功能的冗余。这就有了另一种提高飞行控制系统安全性的方法，即利用飞行控制操纵面的功能冗余，通过控制软件对控制效果进行再分配，把失效舵面的力和力矩分配到其它功能完好的控制舵面上，使出现有限操纵面故障或损伤的飞机仍能安全飞行，这就是飞机的故障自修复控制问题。对于飞机的飞行控制系统而言，提高其可靠性是保障飞行安全的耍求。如果飞机具有故障自修复控制功能的飞机控制系统，具有重要的现实意义：当飞机出现操纵面故障或者战斗受损时，使飞机的稳定和

5、恢复过程自动化，避免由于飞行员慌张之下作出错误判断或处理不当而导致飞行事故，保障飞机继续执行任务或者安全返航，提高飞机的安全性、可靠性和生存能力。二、国内外的研究现状飞机的故障自修复技术研究从二十世纪七八十年代就开始了，陆续有了不少成果。1984年美国空军动力实验室制定了一项口修复飞控系统(SRFCS)研究计划，目的是改善飞控系统的可靠性、可维护性、可生存性并减少其生命周期代价。在二十世纪八十年代，许多学者都对伪逆法在飞控系统重构控制方面的应用做了大量的理论研究和仿真计算，1989年至1990年，美国空军在F-15验

6、证机上进行了飞行验证，表明其是一种有效的重构控制方法。1999年，美国启动了无尾飞机飞控系统重构与自适应研究计划，目的是为2000年以后使用的无尾隐身战斗机研制一种可重构自适应飞行控制系统。该系统可通过机械计算机协调多个操纵机构动作，自动适应飞行条件以及飞机构型的变化，自动补偿操纵面有限故障或战斗损伤对飞控系统的影响。这一计划研制了一种动态逆方法与神经网络相结合的最新飞行控制系统，采用在线神经网络来调整相应期望模型和实际飞机响应之间的误差，在故障或损伤发生后不需要故障准确信息就可使飞机稳定，大大降低了整个自修复控制中

7、系统辨识的严格要求。这项技术将动态逆和神经网络技术结合起来，并且在很多飞机上得到成功的应用，例如无尾战斗机飞控系统等，这也说明故障自修复控制技术进入了实用阶段，自修复控制技术也是现代先进战斗机的技术要求之一。在我国航空领域，飞行控制系统的自修复控制己成为研究重点之-。南京航空航天大学和北京航空航天大学为飞机自修复控制的研究奠定了一定的理论和实践基础，近几年来在结合工程实际的基础上取得了…些阶段性的研究成果。三、研究的具体内容1、建立数学模型建立某型飞机的六自由度非线性方程，在MATLAB语言环境下运用三次样条函数插值

8、方法对大量的气动力参数及气动力矩参数数据进行了插值处理，并在此基础上建立了飞机正常和故障飞行的仿真模型。飞机动力学仿真是在飞机一般运动方程的基础上根据仿真目标的需求建立仿真数学模型，描述飞机在地面上运动和空中飞行时的性能和动态特性。2、分析所建立的数学模型将神经网络与逆系统理论结合，采用直接逆系统辨识方法建立了飞机操纵通道的BP神经网络逆系统。