大型运输机超低空空投拉平阶段轨迹控制

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1、第33卷第04期计算机仿真2016年4月文章编号：1006—9348(2016)04—0085—06大型运输机超低空空投拉平阶段轨迹控制吕茂隆，孙秀霞，王栋，刘日(空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安，710038)摘要：大型运输机超低空空投精度控制的研究中，超低空空投拉平阶段是强耦合性、强非线性的一个过程，若操纵不当，系统产生震荡，极易引发PIO问题。为解决超低空空投拉平阶段由舵机速率限制引起的非线性PIO问题，首次采用了带反馈和旁通FWB(Feedback—with—Bypass)抑制器进行抑制。在建立非线性人机闭环

2、系统模型基础之上，采用阶跃、离散俯仰和正弦跟踪任务在时域内对PIO抑制效能进行了研究，分析了FWB抑制器时域特性及其相位补偿能力。最后，基于“matlab／simulink一多轴变稳大型运输机地面飞行模拟器”进行验证，结果表明：FWB抑制器对空投拉平阶段轨迹能进行有效控制，能达到抑制PIO效果，显著改善飞机飞行品质。关键词：超低空空投；驾驶员诱发振荡；反馈和旁通抑制器；大型运输机地面飞行模拟器中图分类号：V212文献标识码：BTrajectoryControlDuringUltra—-Low——AltitudeAirdro

3、pProcessofLargeTransportLVMao—long，SUNXiu—xia，WANGDong，LIURi(SchoolofAeronauticsandAstronauticsEngineering，AirForceEngineeringUniversity，Xi’anShanxi710038，China)ABSTRACT：Ultra—low—altitudeairdropisaprocesswithstrongcouplingandnonlinearity．Ifitisnotdealtwithproperl

4、y，thereisagreatchancetooccurPIO．AimingatthenonlinearPIOproblemcausedbyactuatorratesatura—tion，Feedback—with—BypasscompensatorisappliedtoavoidPIOfirstly，anonlinearpilot—vehicleclosed—loopsystemisestablishedtoinvestigatethepreventionefficiencyofcompensator．Thestep，d

5、iscreteandsinetrackingtasksareemployedtoresearchthepreventioncapabilityoftheFWBsuppresserintimedomain．Thephasecompensa—tioncapabilityoftheFWBcompensatorisanalyzed．Finally，theeffectivenessofFWBistestedbymatlab／Simulinkandfurthervalidatedonground—basedflightsimulato

6、rs．ThetestresultsdemonstratethattheFWBcompensatorcallcontroltrajectoryduringultra—low—altitudeairdropprocess，preventPIOandimproveflyingqualitiesoftransportduringultra—low—altitudeairdropprocesseffectively．1【EYWORDS：Ultra—low—altitudeairdrop；Pilot—induced—oscillati

7、on；Feedback—with—bypass；Ground—basedflightsimulatoroflargetransport1引言超低空空投主要用于重型装备的精确投放，是提高现代高技术战争条件下作战能力的必要手段¨'2一]。超低空空投过程包括准备、拉平、改平、牵引和拉起五个阶段，运输机在百米空域经下滑、拉平到达指定高度，由牵引伞牵引将货物进行投放¨'3’“。为保证载机安全性和空投精确性，超低空空投拉平阶收稿日期：2015—06—16修回日期：2015—07—19段，驾驶员需频繁操纵飞机，进行高精度轨迹跟踪，所以这

8、是一个人机交互频繁的过程。然而，在这频繁的人机交互过程中，侧风影响”J、地面效应MJ、驾驶员自身神经高度紧张和舵机速率限制"3等一系列因素严重干扰轨迹跟踪控制，诱发不同程度的PIO问题，特别是作动器速率饱和会导致舵面响应严重滞后于舵面指令，这必然降低人机闭环系统的稳定性，严重时就会导致PIO的发生。而空