大型民用客机飞控系统重构控制设计研究

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1、第34卷第1期计算机仿真2017年1月文章编号：1006—9348(2017)Ol一0074—05大型民用客机飞控系统重构控制设计研究曲小宇．郭腾飞(中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，上海201210)摘要：针对大型民用客机传统飞控系统设计不考虑操纵面故障后的控制重构，也无法发挥冗余操纵面优势的问题．提出了控制分配的重构控制设计策略。首先分析了基于控制分配进行重构控制的原理，然后研究了使用控制分配方法进行重构设计的条件，最后使用最优线性二次型LQR和控制分配方法混合的策略，分别设计了操纵面卡阻和操纵面松浮两种故障模式下的

2、重构控制。仿真分析显示，基于控制分配的重构控制，在操纵面发生卡阻和松浮故障时，能迅速对其它操纵面进行重新分配，弥补了故障操纵面带来的影响，保证了系统的动态性能和飞行品质，取得了良好的控制效果。结果表明了所提方法的有效性。关键词：重构控制；控制分配；飞控系统中图分类号：V249．1文献标识码：BResearchonReconfigurationControlLawDesignforFlightControlSystemofLargeCivilAircraftQuXiao—yu．GuoTeng—fei(ShanghaiAircraft

3、DesignandResearchInstitute，CommercialAircraftCorporationofChina，LtdShanghai201210，China)ABSTRACT：Traditionalflightcontrolsystemdesignforlargecivilaircraftdoesnotconsidercontrolreconfigurationwhencontrolsurfacefaultoccurs，andhencecannottaketheadvantageofredundantcontro

4、lsurfaces．Areconfign—rablecontrolstrategybasedoncontrolallocationisproposed．Firstly，theprincipleofreconfignrationcontrolbasedoncontrolallocationisillustrated．Then，thelimitationsandrestrictionsofthismethodareexaminedindetail．Finally，thereconfignrationcontrollawbasedonL

5、QRandcontrolallocationmethodisdesignedinbothcontrolSurfacejamandupfloatfaultconditions．SimulationresultsshowthattheproposedreconfignrationcontrolmethodCanreallocateothercontrolsurfacesintimeduringcontrolsurfacejamandupfloat，andthereforetheeffectoffaultsurfaceiscancell

6、ed，whichcanensuresatisfactorydynamicperformanceforflightcontrolsystemandflyingqualityforairplane，andexertexpectedcontroleffort．KEYWOImS：ReconfigurationControl；ControlAllocation；FlightControlSystem1引言重构(Reconfignrable)最早是在1982年由NASA(美国国家航空宇航局)提出的概念[1。5]，飞行控制系统的重构技术是采用主

7、动容错控制技术，在对故障进行检测和辨识的基础上。充分利用控制系统的功能冗余来进行飞行控制律的重构，使飞行器能适应故障或特殊任务环境。因此，可重构飞行控制技术可以降低对飞控系统硬件余度的要求。允许飞行器在出现大范围故障的情况下，仍能保证一定的飞行性能，使飞行员能继续完成任务或安全返航。其研究对提高飞行器的安全可靠性、作战生存力和作战效能具有重要意义，已收稿日期：2016—03—31----——74．---——成为现代飞行器综合设计领域的热门研究专题之一[6。]。自1984年，美国空军已开始进行自修复飞行控制系统关键技术的研究，并在当

8、时为商用飞机设计的重构飞行控制系统制定计划[1]。早期的重构方法主要利用余度管理和FDI模块提供的故障信息，并得到了工程的验证。2003年，NASA、美空军以及商业航空公司在Boeing747—400和Boe2ingC一17上进行了运输类飞机关于损