运输机超低空空投重物动力学分析与H∞鲁棒控制设计.pdf

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1、第44卷第1期2012年2月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．44No．1Feb．2012运输机超低空空投重物动力学分析与H∞鲁棒控制设计韩艳铧陆宇平(南京航空航天大学航天学院，南京，210016)摘要：运输机超低空空投重型货物是一个对控制精度要求较高的复杂技术过程。本文针对飞机一货物间约束力的理想特性，采用拉格朗日分析力学的第二类方程，建立了机一货两体系统的耦合动力学方程，比起牛顿矢量力学方法，受力分析和建模过程简洁方便．在定义飞机及货物状态变量的基础上

2、，将上述方程组转化为状态空间描述。为了有效抵抗货物移动对运输机姿态的影响，基于现代鲁棒控制理论，设计了状态反馈H。最优控制律．曩后，对空投过程进行了无拉和闭环控制两种条件下的数值仿真对比．结果显示，本文设计的H。曩优控制能有效抑制货物移动对运输机姿态的影响，改善了飞行品质，且控制量在工程允许的范围内，该控制律是有效的。关键词：运输机；空投；飞行控制系统}H。控制，拉格朗日分析力学中围分类号：V249}V212，TP273文献标识码：A文章编号：1005·2615(2012)01—0075—06DynamicsAnalysisforTransportAi

3、rdroppingHeavyCargoatSuper—Low—AltitudeandDesignofH。RoubustControlHanYanhua，LuYuping(CollegeofAstronautics，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Transportairdroppingheavycargoatsuper-low-altitudeisacomplextechnicalprocedurede-mandinghighprecis

4、ioncontr01．ThesecondclassequationsofLagrangeanalyticalmechanicsareusedforestablishingthedynamicsmodelfortransport-cargo-two-bodysystems．ThemodelissimplerthanNewtonianmechanicssincetheconstraintforcebetweentransportandcargoisideal．Statespacede—scriptionisobtainedthenandstatefeedb

5、ackH。flightcontrollawisdesignedinordertosuppresstrans—port7Sattituderesponsetoheavycargo7Smovinginairdroppingprocedure．Numericalsimulationiscar-riedoutintheconditionsofopen-loopandclosed-looprespectivelyandtheresultsshowthatthepro—posedH。closed—loopflightcontrollawiseffective．Ke

6、ywords：transport；airdrop；flightcontrolsystem；H。control；Lagrangeanalyticalmechanics重装空投对于军事力量快速部署和展开以及抢险救灾等行动具有重要意义。近年来重装空投技术吸引了众多研究者的兴趣。从国内外文献来看，大多数研究集中于货物的运动规律[1-63。文献[7，8]考虑了货物对运输机的影响，其中文献[7]针对重物空投前后运输机飞行特性的突变，基于滑模变结构控制理论设计了具有较强鲁棒性的飞行控制律，取得了较好的效果。本文将以拉格朗日分析力学为工具，建立重装空投过程运输机一货物

7、多体系统动力学模型。考虑到重装空投通常是在超低空条件下进行的，为了最大程度抑制重物对运输机的影响，保障飞行安全，本文将基于H。控制理论设计飞行控制律。最后将通过数值仿真进行检验。基金项目：南京航空航天大学2010年基本科研业务费专项科研(Wi013一HT)资助项目．收稿日期：2010—11—23；修订日期：2011—06—01通讯作者：韩艳铧，男，副教授，1976年生，E—mail；hanyanhua@nuaa．edu．ca．76南京航空航天大学学报第44卷1动力学建模重装空投的基本过程是，载着货物的运输机超低空平飞，货舱后门打开，牵引伞迅即展开，货物

8、在牵引伞拉力下沿舱内导轨向后滑行，直至脱离运输机，然后运输机拉起，脱离空投区域。空投过程示意图