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1、技术研究TechnologyResearch基于A320飞机横航向控制律架构的LQ设计LinearQuadraticDesignBasedonA320LateralandDirectionalControlLawArchitecture郑晓辉郭腾飞余圣晖/ZhengXiaohuiGuoTengfeiYuShenghui(上海飞机设计研究院,上海201210)(ShanghaiAircraftDesignandResearchInstitute,Shanghai201210,China)摘要:空客A320飞机横航向控制律采用特征结构配置方法计算闭环增益,实现了期望特征值
2、的配置及横航向关键参数之间的解耦。基于A320横航向控制律架构,提出使用线性二次型(LinearQuadratic,简称LQ)方法,对闭环增益进行重新设计。首先根据期望的特征值引入关键参数的频域整形环节,而后通过调整二次型性能指标加权矩阵实现期望特征值的逼近及关键参数之间的解耦,并求得闭环反馈增益,最后在特征结构、稳定裕度和横航向解耦效果方面与空客设计结果作了对比分析。仿真结果表明,LQ设计可获得与特征结构配置设计相近的结果,即得到接近期望值的特征值,并实现关键变量的解耦,同时保证了闭环稳定裕度。关键词:线性二次型;解耦;特征值;稳定裕度中图分类号:V249.122文
3、献标识码:A[Abstract]Eigenstructureassignment(EA)techniquewasutilizedtodesignAirbusA320lateralanddirectionalcontrollaw,whichprovidesadvantagesregardingtodesiredclosedloopeigenvalueassignmentandcriticalvariablesdecoupling.UsingLinearQuadratic(LQ)technique,thispaperredesignscloseloopgainsbased
4、onthestructureofA320controllaw.Firstly,specificfrequencyshapingfunctionsareincorporatedwithcriticalparametersbasedonthedesiredeigenvalue.Thenperformanceindexareadjustedtoapproachthedesiredeigenvalueanddecouplethecriticalvariables,andallgainsareobtainedsimultaneously.Finally,theresultede
5、igenstructure,stabilitymarginsanddecouplingperformancebetweentwoaxescriticalparametersarecomparedwithAirbusdesignwhichisbasedonEAtechnique.AnalysisresultsshowthatasimilarsetofgainsandclosedloopperformancecanbeobtainedwithLQtechnique,i.e.theresultedeigenvaluesareclosetothedesignedones,cr
6、iticalparametersaredecoupledandgoodstabilitymarginsareensured.[Keywords]linearquadratic(LQ);decoupling;eigenvalue;stabilitymargin征根即为期望的特征值,并实现特定参数之间的解0引言耦,如滚转角和侧滑角的解耦控制。然而,研究表特征结构配置(eigenstructureassignment,简称明根据该方法计算的增益并不能保证闭环系统的EA)和线性二次型(LinearQuadratic,简称LQ)是当稳定裕度和鲁棒性。代民机飞行控制律主流的增益设
7、计方法。与EA方法不同,线性二次型理论已证明,在满空客A320飞机横航向控制律使用EA方法设足最优解存在的条件下,闭环系统除是渐进稳定的计反馈回路增益以减少飞行控制律设计迭代,提高外,理论上还具有至少60°的相位稳定裕度及无穷[1]设计效率。EA方法可充分利用系统的自由度,大的幅值裕度,即系统具有较好的鲁棒性。20世纪同时配置期望的特征值和特征向量,使得闭环的特70年代,美国Boeing公司采用LQ方法对767飞机2014No.4/(季刊)总第115期15民用飞机设计与研究CivilAircraftDesign&Research侧向自动驾驶仪进行重新
