飞机平尾结冰检测及容冰纵向增稳控制器研究

《飞机平尾结冰检测及容冰纵向增稳控制器研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、飞机平尾结冰检测及容冰纵向增稳控制器研究力学与工程科学系xxx指导老师：(教授)，力学与工程科学系摘要：针对飞机平尾结冰的情况，通过参数识别及神经网络检测，定量分析飞机结冰严重程度，估计飞机飞行控制参数，并利用H2状态反馈技术设计飞机容冰纵向增稳控制器；仿真结果显示控制器对无冰、结冰情形均可有效保持飞机飞行稳定性，效果良好。关键词：飞机结冰；参数识别；神经网络；容冰控制；增稳控制；H2状态反馈控制Abstract:Amethodtoquantificationallysensetheseverityofta

2、ilplaneicingwithalgorithmaswellasNeuralNetworkisintroduced,basedonwhichatechniqueoficing-tolerantlongitudinalstabilityaugmentationcontrolusingH2feedbackmethodisdeveloped.Simulationresultsshowthatsuchtechniqueimprovedwellthedynamicstabilityofaircraft.Keywor

3、ds:AircraftIcing;ParameterIdentification;NeuralNetwork;Icing-tolerantControl;StabilityAugmentationControl;H2FeedbackControl引言飞机飞行时不可避免地受到外界干扰(如风扰动等)的影响。在外界干扰作用下，飞机飞行状态呈现不规律振荡，导致飞行稳定性变差。而飞机结冰后，冰层积聚在飞机表面，改变了飞机气动外形，改变了飞行控制参数，往往使飞机稳定性能更为恶化。飞机飞行时，一般均需在操纵系统中加入增稳

4、控制系统，抑制飞行状态振荡，以更好地保持稳定性。飞机的飞行控制系统基于飞机的飞行动力学特性设计，需事先已知飞机飞行控制参数。而对于结冰后的飞机，目前的结冰检测手段如红外影像等通常只是对“是否结冰”做出定性分析，无法估计飞机飞行控制参数变化。因此，在传统的结冰检测基础上，还需要定量检测结冰后飞机飞行控制参数，并基于此设计“容许结冰”的飞机控制系统，此即为容冰飞行控制(icing-tolerantcontrol)基本概念。作为初步研究，本文仅针对于飞机平尾结冰的情形。基本流程如图1：1、构造考虑飞机平尾结冰的飞

5、机飞行动力学仿真模型；2、监测系统的控制输入及状态输出，利用参数识别算法初步估计飞机飞行控制参数。3、神经网络实时输入参数识别结果，定量检测分析飞机结冰与否及结冰的严重程度，确定飞机飞行控制参数。4、根据已确定的飞机飞行控制参数，利用H2状态反馈控制技术，设计飞机增稳控制器。图11飞行动力学模型(FlightDynamicsModel)1.1飞行动力学(纵向)控制方程飞机平尾结冰主要影响飞机纵向性能，对飞机横航向性能几乎没有影响，因此本文飞行动力学模型只考虑飞机纵向状态；同时，作为初步研究，本文模型采用线性

6、化小扰动模型，初始状态点选择为定常水平飞行状态；飞行中外界扰动仅考虑风扰动影响。由此，飞行动力学控制方程为[6]：(1)(2)(3)(4)式中，分别对应飞机俯仰角速度、俯仰欧拉角、机体迎角及飞机在竖直平面内速度相对于初始状态点扰动偏量，初始值。初始状态点各状态值为[4]。即为飞机纵向主要控制参数，与相关联。为升降舵相对初始状态点控制输入，由飞行员或自动驾驶仪控制，初始状态升降舵偏角为。式(1)-(4)中，为风扰动引起的过程噪音，由给定标准差的白噪声模拟；本文中均取为0.20g表征中等程度风扰动。1.2飞机结

7、冰严重程度模型(IcingSeverityModel)结冰前后，控制参数变化基本规律为[7]：(5)式中，、分别为结冰前、结冰后控制参数；为各参数对应的权值，由飞机本身属性（布局、结构等）决定，不同参数对应权值一般不同。为飞机结冰严重程度，一般取分为6级，模拟结冰不同严重程度。对应于无冰干净飞机，对应于结冰最严重情况。由此，仅需确定结冰严重程度值，即可确定飞行控制相关参数。结冰前干净飞机各控制参数及其对应的值见表1[7]。表1干净飞机各控制参数及其对应权值(s-2)(s-2)(s-1)(fts-2)(fts

8、-2)(fts-2)(fts-2)(s-1)参数值-7.86-10.44-3.055-378.7-40.3-19.713.71-0.018-0.99-0.996-0.35-0.951-0.955-0.137-0.141.1112参数识别(ParameterIdentification)2.1参数识别算法(ParameterIdentificationAlgorithm)将前文(1)-(4)式改写为：(6)(7)式