考虑作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域.pdf

《考虑作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2013年2月第39卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2013V01．39No．2考虑作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域曹启蒙李颖晖徐浩军(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要：针对作动器速率饱和引起的Ⅱ型驾驶员诱发振荡(PIO，PilotInducedOscil—lations)严重威胁先进战机飞行安全的问题，研究了计及作动器速率饱和的人机闭环系统稳定域．建立了考虑作动器速率饱和的人机闭环系统非

2、线性模型，引入增广状态变量以及饱和度函数处理速率饱和环节，应用椭球体不变集估计人机闭环系统的稳定域，得到了稳定域估计的一般算法．通过时域仿真研究了所估计的稳定域的保守性，研究了驾驶员操纵增益以及作动器速率饱和值对稳定域的影响．结果表明：稳定域法物理意义清晰、结果直观，可用于人机闭环系统稳定性的评估．研究结果可为先进战机飞行控制系统的设计提供理论依据．关键词：驾驶员诱发振荡；速率饱和；人机闭环系统；稳定域；椭球体不变集中图分类号：V328文献标识码：A文章编号：1001—5965(2013)02-0215-05Stabilityr

3、egionforclosed-·looppilot·-vehiclesystemwithactuatorratesaturationCaoQimengLiYinghuiXuHaojun(SchoolofAeronauticsandAstronauticsEngineering，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China)Abstract：TosolveadvancedwarplanesflightsafetyproblemcausedbycategoryIIpilotinduc

4、edoscilla-tions(PIOs)，thestabilityregionofclosed-looppilot-vehiclesystemwithactuatorratesaturationwasstudied．Thenonlinearmodelofclosed—looppilot-vehiclesystemwasbuilt．Theaugmentedstatevariablesandsatura—tiondegreefunctionwereintroducedtoaddresstheratesaturationelemen

5、t．Theellipsoidalinvariantsetswereappliedtoestimatethestabilityregionofclosed—looppilot—vehiclesystem．Thestabilityregionestimatingalgo-rithmwasobtained．Thestabilityregionconservatismwasinvestigatedbytimedomainsimulationandtheeffectsofpilotcontrolgainandratesaturationv

6、alueonthestabilityregionwereresearched．Theresultsshowthatthestabilityregionmethodhasspecificphysicalconceptandillustrativeresults，andcanbeappliedtoe—valuatethestabilityofclosed—looppilot-vehiclesystem．Theresultscanprovideatheoreticalguidanceforde—signingflightcontrol

7、systemsofadvancedwarplanes．Keywords：pilotinducedoscillations(PIO)；ratesaturation；closed—looppilot—vehiclesystem；stabilityregions；ellipsoidalinvariantsets在实际的控制系统中，执行器输出的幅值与速率不可能无限大．在飞行控制领域，如果驱动舵面偏转的作动器输出幅值与速率发生饱和，那么舵面的偏转就会受到限制，就有可能引起驾驶员诱发振荡(PIO，PilotInduCedOscillatio

8、ns)⋯．其本质为人机闭环系统非线性失稳，将严重威胁飞行安全．航空界一般将由于作动器速率限制作用导致的驾驶员诱发振荡定义为Ⅱ型PIO⋯．作动器速率限制未发生作用时，飞机各状态量处于人机闭环系统的稳定域之内，而当作动器速率限制环收稿日期：2012-01-09；网络