艦載飛機(jī)自動著艦縱向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與仿真研究.pdf

1、艦載飛機(jī)進(jìn)艦著艦自動引導(dǎo)和控制系統(tǒng)是現(xiàn)代航空母艦/艦載飛機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),一直以來備受關(guān)注。航空母艦自動著艦控制系統(tǒng)(ACLS)是艦載飛機(jī)自動進(jìn)艦著艦技術(shù)的綜合體現(xiàn),能引導(dǎo)和控制艦載飛機(jī)在各種天氣、海況下在航空母艦甲板上安全著艦。本文圍繞ACLS,對其設(shè)計(jì)過程中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的理論與仿真研究,具體的研究內(nèi)容主要包括:
　　(1)艦載飛機(jī)進(jìn)艦著艦環(huán)境因素中,甲板運(yùn)動和艦尾流是產(chǎn)生著艦誤差的主要原因。根據(jù)航空母艦海上

2、運(yùn)動具有平穩(wěn)隨機(jī)過程的特點(diǎn),利用功率譜模型對甲板運(yùn)動進(jìn)行了建模,盡可能真實(shí)地反映航母甲板上理想著艦點(diǎn)的運(yùn)動狀況,并分析得出艦載飛機(jī)進(jìn)艦著艦的預(yù)期下滑軌跡。同時(shí)分析了艦尾流的物理特性和成因,采用工程化方法,參照美國軍標(biāo)對艦尾流進(jìn)行了建模與仿真。
　　(2)根據(jù)飛行力學(xué)知識,對艦載飛機(jī)進(jìn)艦著艦階段的縱向受力進(jìn)行分析,建立了相應(yīng)的無風(fēng)狀態(tài)和有變化風(fēng)場時(shí)的縱向運(yùn)動方程模型,并對其進(jìn)行線性化從而得到小擾動運(yùn)動方程,采用“系數(shù)凍結(jié)法”將其轉(zhuǎn)化

3、為線性狀態(tài)方程模型,并對艦尾流影響作了簡化。以美國海軍F/A-18A艦載飛機(jī)作為研究對象,分析了艦載飛機(jī)在著艦狀態(tài)下的動態(tài)特性。升降舵和油門的階躍輸入響應(yīng)表明處于低動壓狀態(tài)的艦載飛機(jī)具有空速不穩(wěn)定特性。
　　(3)基于經(jīng)典控制理論,設(shè)計(jì)了高度變化率指令縱向自動著艦控制系統(tǒng)。按照艦載飛機(jī)自動著艦控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),從內(nèi)而外依次對自動飛行控制系統(tǒng)、自動推力補(bǔ)償系統(tǒng)、縱向引導(dǎo)控制律、甲板運(yùn)動補(bǔ)償器進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),在MATLAB/SIM

4、ULINK中對其進(jìn)行完整建模,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的ACLS的基本結(jié)構(gòu)是正確的。
　　(4)基于模糊控制理論,對高度變化率指令A(yù)CLS的縱向引導(dǎo)控制律進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。根據(jù)一般艦載飛機(jī)自動著艦控制系統(tǒng)的特點(diǎn),提出通過設(shè)計(jì)模糊PID控制器對縱向引導(dǎo)控制律進(jìn)行改進(jìn),基于由工程專家的經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的模糊控制規(guī)則,利用模糊控制系統(tǒng)對控制器參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。仿真結(jié)果表明,該方法可有效改進(jìn)艦載飛機(jī)的著艦品質(zhì)。
　　(5)基于魯棒H∞控制理論,設(shè)計(jì)

5、了縱向自動著艦控制器。根據(jù)著艦導(dǎo)引系統(tǒng)的性能要求,確定系統(tǒng)性能評價(jià)輸出、H∞控制器反饋輸入量及加權(quán)矩陣的形式從而建立H∞控制增廣模型的結(jié)構(gòu),并對加權(quán)矩陣參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,基于線性矩陣不等式處理方法利用MATLAB中的魯棒控制工具箱設(shè)計(jì)縱向H∞自動著艦控制器。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的自動著艦引導(dǎo)控制器能有效抑制艦尾流擾動影響,能滿足著艦要求。
　　綜上所述,本文對艦載飛機(jī)進(jìn)艦著艦縱向控制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,針對艦載飛機(jī)著艦過程中存在艦尾流擾