可重构零空间控制分配算法及流程规划

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1、第４５卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１５年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１５可重构零空间控制分配算法及流程规划１１，２２２李导，杨伟，杨朝旭，孙绍山（１．西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２；２．中航工业成都飞机设计研究所，四川成都６１００４９）摘要：针对飞机正常情况和舵面故障情况下的控制分配算法展开研究。根据控制效能矩阵的特点设计了性能指标，并给出了对应的最优逆控制。对带约束的一般控制分配问题，采用零空间横截方法进行了再分配。设计了针对舵面卡

2、死故障的重构控制律。结合某飞机仿真平台，进行了卡死故障的重构仿真，结果表明，控制分配算法能够在故障状态下完成对指令的精确跟踪。关键词：控制分配；舵面重构算法；最优逆矩阵；零空间横截中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０２-００６１-０４ReconfigurableNull-spaceControlAllocationAlgorithmandFlowPlanning１１，２２２ＬＩＤａｏ，ＹＡＮＧＷｅｉ，ＹＡＮＧＺｈａｏ-ｘｕ，ＳＵＮＳｈａｏ-ｓｈａｎ（１．Collegeo

3、fAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China；２．ChengduAircraftDesign＆ResearchInstitute，AVIC，Chengdu６１００４９，China）Abstract：Ｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔｄｕｒｉｎｇｎｏｒｍａｌｆｌｉｇｈｔａｎｄｃａｓｅｏｆａｃｔｕａｔｏｒｆａｕｌｔｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＩｎｄｅｘｗａｓｄｅｓ

4、ｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｍａ－ｔｒｉｘ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｉｎｖｅｒｓｅｍａｔｒｉｘｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｓｅｄｎｕｌｌ-ｓｐａｃｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｗａｓｇｉｖｅｎｆｏｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍ．Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｆｏｒｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆａｃｔｕａｔｏｒｂｌｏｃｋｅｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ

5、．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆａｃｔｕａｔｏｒｂｌｏｃｋｅｄｗａｓｍａｄｅｕｎｄｅｒａｎａｉｒｃｒａｆｔｓｉｍｕｌａ－ｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｍａｋｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｂｏｔｈｃａｓｅｓｏｆｆａｕｌｔａｎｄｎｏｒｍａｌｆｌｉｇｈｔ，ｗｈｉｃｈｓａｔｉｓｆｉｅｄｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Keywords：ｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎ；ｒｅｃｏｎｆ

6、ｉｇｕｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒａｃｔｕａｔｏｒｆａｉｌｕｒｅｓ；ｏｐｔｉｍａｌｉｎｖｅｒｓｅｍａｔｒｉｘ；ｎｕｌｌ-ｓｐａｃｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ引言离线分析，而不适用于在线计算，故需要进一步的优化。本文针对某飞机，在零空间分配算法中采用最优现代作战飞机要求具有更高的可靠性和安全性，控制给出最优逆矩阵；再结合飞机布局特点，将实际舵在气动布局方面，除了传统的升降舵、方向舵和副翼面按照控制效能分组，减少了带约束的零空间横截分外，已广泛采用升降副翼及倾斜尾翼，从而使得飞机控配时的计算量，并对舵面卡死

7、故障设计了重构控制律。制量多于状态量，称之为过驱动系统。冗余的操纵面对机动过程中出现故障的情况进行了仿真，同时引入使得飞机控制更加灵活，但同时不恰当的控制分配方了合理的飞控计算机系统故障诊断延迟时间，验证了法也会使得飞机状态发散不稳定，从而影响飞行安全，算法的可靠性和该控制分配策略作用下飞机姿态的稳因此控制分配对于现代作战飞机至关重要。定性。对于控制分配算法的研究，国内外学者进行了相［１］关的总结归类和稳定性探讨，以及针对飞行性能优［２］［３］１最优逆矩阵计算化的方法，以及针对故障重构能力的方法，这些优秀的算

8、法有较完整的理论推导，且仿真效果良好。控制分配问题的实质在于，已知操纵面到飞机所其中零空间分配算法可以实现对可达集１００％的受力矩的映射关系：分配，但其计算量随舵面数的增多呈几何增长，多用于Bu＝d（１）收稿日期：２０１５－０１－０９修订日期：２０１５－０２－０３基金项目：中航工业成都飞机设计研究所创新基金项目资助（ＧＣＤＳＣ１７０）作者简介：李导（１９８５－），男，四川江油人，博士研究生，主要研究