基于非线性优化控制理论的民用飞机失速恢复控制

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1、第5卷第2期航空工程进展Vol·5No·22014年5月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2014文章编号：1674—8190(2014)02—251—06基于非线性优化控制理论的民用飞机失速恢复控制王爽1，詹浩1，孔祥骏2(1．西北工业大学航空学院，西安710072)(2．中国民航科学技术研究院航空安全技术中心，北京100028)摘要：民用飞机在进入大迎角浅失速后，气动力会出现滞环、陡降等强非线性现象，航迹也变得不稳定。为解决上述问题，利用分支分析方法

2、分析飞机临近失速区时的控制特点，指出其振荡区域，多配平点等；根据非线性最优化控制理论，设计大迎角失速区的自动恢复控制器，用Galerkin近似算法，计算次优控制器参数，并对飞机下降航迹的进入失速和恢复进行仿真验证。结果表明：控制器可以很好地控制飞机改出浅失速状态，恢复正常航迹。关键词：民用飞机；非线性；最优化控制；失速；Galerkin中图分类号：V249文献标识码：AAircraftStallRecoveryofCivilAircraftBasedontheNonlinearOptimalControlThe

3、oryWangShuan91，ZhanHa01，KongXiangjun2(1．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)(2．AviationSafetyTechnologyCenter，ChinaAcademyofCivilAviationScienceandTechnology，Beijing100028，China)Abstract：Whenthecivilaircraftfallintothear

4、eaofstallangleofattacks，airforcewillshowhysteresis，steepdropandotherstrongnonlinearcharacteristics，andthetrackbecomesunstable．Tosolvetheproblem，bifurca—tionanalysismethodisappliedtoanalyzethecontrolcharacteristicsofaircraftnearstallregion，anditsoscilla—tionr

5、egion，multi—equilibriumpointsareobtained．Basedonthenonlinearoptimalcontroltheory，aircraftstallrecoveryathighangleofattackisdesigned．WiththeGalerkinalgorithm，thesuboptimalcontrollerparametersareclaculated，andthesimulationoftheaircraftfallingintostallandrecove

6、rywhendescendingisverified．Theresultsshowthatthecontrollercanbewellcontrolledtorecoveryfromthestallandresumenormaltrack．Keywords：civilaircraft；nonlinear；optimalcontrol；stall；Galerkin0引言飞行器正常飞行状态应在安全包线以内，由于偶发因素导致飞机进入包线边界以外，可能会导致飞机遇到不同程度的失去控制(LOC)问题。据统计‘1

7、，199

8、7～2006年间，有59％的灾难性飞行事故收稿日期：2013—08—31；修回日期：2013—10—24基金项目：国家自然科学基金一民航联合基金(61039002)通信作者：王爽，wang．shuang．1989@163．coin与飞机失去控制或部分失控有关。LOC问题的发生没有明确界限，但其通常与分支分析图上的分叉点密切相关，失速问题是LOC问题中的一个重要方面。HarryG．Kwatny等口1分析了飞机非线性分支行为，Jean-EtienneT．Dongmo比。研究了失速的恢复过程，并得到一定的成果。临近失

9、速时，飞行动力学特性从线性区间进入本质非线性段L3J，并由于气动力的非定常效应等因素，线性控制器不能起到很好的控制效果。本文根据某型民用飞机的气动力数据，应用分支分析理论‘4

10、，讨论临近失速和过失速状态下的动252航空工程进展第5卷力学分支行为和振荡特性。在综合考虑各种因素的情况下，利用非线性最优控制理论[5。7]，设计系统最优控制器，达到浅失速改出并保持航迹快速收敛的控制目标；利用G