运输机超低空重装空投抗侧风三维非线性控制律设计.pdf

《运输机超低空重装空投抗侧风三维非线性控制律设计.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、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul252014Vol35No71941—1956ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducn运输机超低空重装空投抗侧风三维非线性控制律设计辛琪，史忠科+西北工业大学自动化学院，陕西西安710072摘要：针对大型运输机侧风环境下超低空空投重型货物的瞬间受到三维突变和不确定干扰问题，提出一种基于四级复合控制的运输机三维控制律设计方法。在考虑侧风和地效不确

2、定因素的基础上，建立了空投过程的不确定突变模型；为了保证飞行安全，采用四级复合方法设计了三维控制律：先逐层设计位置回路的虚拟指令，使位置、航迹和姿态的偏差向内逐层传递，再设计舵面和油门控制量消除位置和空速回路的偏差。在弱不确定性条件下，证明了控制系统的闭环稳定性。仿真结果表明，所提控制律可保证运输机侧风环境下超低空重装空投的安全性。关键词：运输机；空投；不确定性；突变；三维控制律；侧风；地效中图分类号：V249．1；TP273．3文献标识码：A文章编号：10006893(2014)07194116超低

3、空重装空投具有空投质量大、效率高的优点，但运输机超低空投放重型货物，不仅受到风场、地效、货物移动等不确定项的影响，还受到重型货物投放瞬问的强跷跷板突变效应，严重威胁运输机的飞行安全[1。2]。因而，对运输机重装空投过程进行建模和稳定控制，保证运输机对货物运动和投放、侧风、地效等不确定项的鲁棒性，对于保障运输机空投安全具有重要意义。在运输机空投安全保障方面，目前研究主要集中在纵向控制律的设计上，文献[3]在小扰动线性化模型基础上采用H。。鲁棒控制给出了运输机空投的纵向控制律；文献[4]基于反馈线性化和神

4、经网络相结合的自适应逆方法设计了空投过程的纵向控制律；文献[5]和文献[6]先采用输入输出线性化将空投模型解耦，然后通过变结构控制保证速度、姿态内环的稳定性，再采用PID控制保证高度外环的稳定性，从而确保空投过程的纵向稳定性；文献[7]采用区问鲁棒控制给出了运输机空投的纵向控制律；文献[8]采用输入输出线性化将高度、速度与输入进行解耦，然后利用反步递推和滑模控制给出了空投的纵向控制律；文献[9]在线性化模型的基础上，采用反步递推控制给出了货物在机舱内移动时的纵向控制律，然后采用切换控制保证空投过程的稳

5、定性。当空投过程受到侧风干扰时，需要设计横侧向控制律保障运输机的空投安全。文献[10]基于最优调节设计了运输机横侧向运动的动态逆控制器，有效地抑制了侧风对空投过程的影响。基于横侧向运动和纵向运动的耦合关系考虑，设计三维运动控制律是保障运输机空投安全的最佳方案。文献[11]采用动态逆给出了空投过程的三维控制律，再通过鲁棒控制保证系统对空投过程中不确定因素的鲁棒性。收稿日期：2013—10—10；退修日期：2013—11—13；录用日期：2013—12—04；网络出版时间：2013—12—2616：26网

6、络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201312261626002html基金项目：国家自然科学基金(61134004)*通讯作者Tel：029—88491975E-mail：zkeshi@nwpueducn黾属格式XinQ，ShiZKDesignofthreedimensionalnonlinearcontrollerfortransportaircraftairdroppingheavycargosatextreme／ylow-altitudeundercros

7、swh匝如ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／ca，2014，35(7)：1941—1956辛琪，史枣科运输祝超低空重装空投抗俄风三维非线性控铂律设计!如航空学报，2014，35(77：1941—1956航空学报侧风环境下的超低空重装空投过程呈现较强的横纵向耦合非线性，侧风不确定性、地效不确定性、货物移动不确定性，以及重型货物投放瞬问的强突变性特点。若在伪线性化模型上设计鲁棒控制律，将因H。。鲁棒控制和区问鲁棒控制的适应性范围较窄口21而难以实现对重型货物空投过程中的非线

8、性、不确定和突变的有效抑制；若在输入输出线性化模型上设计动态逆控制器，则需要已知运输机气动参数的二阶甚至高阶导数；若在线性化模型的基础上，采用反步法或滑模控制增强空投过程对不确定扰动的鲁棒性，就需要增大控制增益；若基于多时问尺度分析和动态逆相结合的方法设计控制器，则要求内环增益远大于外环增益以保证系统的稳定性口2。1。I。采用切换控制要求已知精确模型，当突变时问未知时控制性能迅速下降。为了保证运输机侧风环境下超低空重装空投的安全性，首先需要在常规空投模型