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《多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究(飞行力学,2006).docx》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、第24卷第1期飞行力学Vol.24No.12006年3月FLIGHTDYNAMICSMar.2006多操纵面先进布局飞机控制分配技术研究占正勇,刘林(飞行自动控制研究所飞控部,陕西西安710065)摘要:介绍了多操纵面布局飞机飞控系统中冗余控制量分配问题的提出、数学描述及研究发展。重点分析了伪逆法、串接链法和基于二次规划的动态分配三种方法,通过某型先进布局飞机控制分配设计与仿真,对比分析了各种算法应用的优缺点,并给出了结论。关键词:多操纵面;控制分配;广义逆;二次规划文章编号:100220853(2006)0120013204中图分类号:V24911;V212文献标识
2、码:A引言采用先进高效的气动布局是未来战斗机和其它飞行器的发展方向,它在很大程度上增加了飞控系统的控制冗余度,提高了飞机的控制能力。与传统的三种操纵面控制相比,多操纵面布局为飞机飞行控制提供了更灵活、更可靠、更有效的实现方式。由于控制量大大超过了飞行员的操纵输入量,因此如何解决多操纵面的综合分配与协调控制成为飞控系统设计中面临的首要问题。对于单轴或三轴运动存在操纵面气动余度的控制问题,在早期推力矢量研究中,NASA兰利研究中心的研究人员就已经提出了“伪控制”和“控制协调”的概念。但真正直接进行控制分配研究,是美国在20世纪90年代中期开始的。其中道格拉斯宇航中心在F2
3、15ACTIVE验证机上进行过多操纵面控制分配技术研究,并取得了一定的研究试验结果[1]。怀特试验室的研究人员在带推力矢量的F216上仿真了基于伪逆法的控制分配算法等[2]。近年来,无尾飞机和创新气动效应面控制技术的研究发展,更促进了控制分配技术的研究热潮。Boeing公司的研究人员进行了翼身融合布局无尾运输机的控制分配问题研究[3],DavidLRaney等人在ICE(InnovativeControlEffector)验证机上进行了基于伪逆的控制分配仿真验证[4]。本文将基于某型背景机重点进行几种控制分配算法的对比研究。1控制分配问题描述在飞机的操纵过程中,操纵
4、面主要用于产生力矩作用,在操纵效率已知且忽略操纵面偏转产生的力以后,则多操纵面控制产生的三自由度转矩可用如下代数描述来定义。假设飞机期望转矩是v(t)∈Rk,操纵面偏转量为u(t)∈Rm。这里m>k,给定v(t),u(t)使Bu(t)=v(t),B为k×m秩为k的控制效率矩阵。考虑作动器位置限制和作动器速率限制,则有:式中,-u(t)=umin≤u(t)≤umax(1)max-{umin≤,uı(t-T≤)-Tmin},-u(t)=minıQQö(2)min≤u(t)≤max由于数字控制系统存在合理的近似时间微分:u(t)=[u(t)-u(t-1)]T(3)式中,T为
5、采样时间。综合式(1)～式(3),则单个采样周期内位置限制可以写为:u(t)u(t)-u(t)(4)Q{umax,u(t-T)+TQmax}。则带约束的控制分配问题描述转化为如下标准形式:Bu(t)=v(t),-u(t)≤u(t)≤-u(t)(5)即在期望输入v(t)作用下,需要求解分配器的输出收稿日期:2005201214;修订日期:2005212212作者简介:占正勇(19752),男,湖北麻城人,工程师,硕士,主要从事飞行控制理论与应用研究;刘林(19632),男,陕西咸阳人,副所长ö研究员,主要从事飞行控制系统设计、控制理论与应用研究。14飞行力学第24卷u(
6、t)(操面偏指令),并足束条件。式(5)的解集是超平面Bu(t)=v(t)和超盒体-u(t)≤u(t)≤-u(t)的交集,若两者解集均凸集,则其交集仍是凸集。方程的解有三种可能:(1)无多解:需根据某些性能指行化,求最解;(2)唯一解:可直接求解;(3)无解:需在束条件下尽可能逼近真正控制。2控制分配技术研究控制分配的研究方法可两:非化分配法和化分配法。非化控制分配方法主要是串接分配法,而基于化的控制分配存在多种具体的数学化形式。211控制分配问题的转化束-u(t)≤u(t)≤-u(t)的控制分配可以化以下四控制化来求解:(1)直接分配:定控制效率矩B和期望矩md,找
7、控制向量u及量K,使J=K最大,并足等式束条件Bu=Kmd,当K>1时,u=uöK。(2)最小差:定矩B,在不等式束中找向量u使指J=‖Bu-md‖最小。(3)最小控制:定矩B和向量up,在不等式束中找向量u足指J=‖u-up‖最小。(4)混合化:定矩B和向量up,在不等式束中找向量u足指J=W1‖Bu-md‖+W2‖u-up‖最小。由此分演化出不同的化控制分配方法,主要包括直接几何法、广逆法、基于性划和基于二次划的分配法。直接几何法也称束分配法,最早由Durham在1993年基于矩可达集(AMS)的概念[5]提出。通建立舵面指令限制的控制子空到AM
