自主式飛行控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文主要研究了自主式飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中飛行器的自動(dòng)控制和飛行器的路徑規(guī)劃問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)代飛機(jī)的靜不穩(wěn)特性，首先基于國(guó)軍標(biāo)的要求運(yùn)用線(xiàn)性控制理論和智能控制理論的方法設(shè)計(jì)了增穩(wěn)控制系統(tǒng)作為飛行器控制的內(nèi)回路，然后運(yùn)用智能控制理論對(duì)跟蹤回路進(jìn)行了魯棒控制器設(shè)計(jì)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)初級(jí)的自主控制，考慮到飛行器的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了路徑規(guī)劃控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有一定的程度的自主能力。綜合智能控制、魯棒控制和優(yōu)化理論及自主控制的要求，對(duì)飛行器自主控制進(jìn)行了深入的研究

2、。 本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面： 1.研究了自主控制的發(fā)展、背景和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析、比較了國(guó)內(nèi)外幾種常用的自主控制結(jié)構(gòu)，并歸納了各自的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，飛機(jī)設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)增穩(wěn)回路來(lái)改變飛行器的自然特性。針對(duì)現(xiàn)代飛行器靜不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，提出適合于研究目標(biāo)的自主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括增穩(wěn)控制系統(tǒng)、跟蹤控制系統(tǒng)、路徑規(guī)劃系統(tǒng)等。并研究了飛行器六自由度非線(xiàn)性模型的建模問(wèn)題。 2.在多變量控制系統(tǒng)理論中，

3、特征結(jié)構(gòu)配置理論是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，但是其對(duì)參數(shù)變化魯棒性差。把特征結(jié)構(gòu)配置理論和多目標(biāo)優(yōu)化理論結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而引入線(xiàn)性矩陣不等式理論，結(jié)合起來(lái)研究了基于LMI的多目標(biāo)特征結(jié)構(gòu)配置理論。并將之用于飛機(jī)增穩(wěn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使飛機(jī)自然特性滿(mǎn)足國(guó)軍標(biāo)要求的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性要求的同時(shí)，又能使某些模態(tài)之間解耦并滿(mǎn)足系統(tǒng)參數(shù)變化魯棒性的要求。利用特征結(jié)構(gòu)配置中的自由度設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)抗參數(shù)擾動(dòng)等性能，研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的求解可歸結(jié)為L(zhǎng)MI問(wèn)題用內(nèi)點(diǎn)法來(lái)求解

4、，避免了求解Sylvester方程。 3.研究設(shè)計(jì)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的飛機(jī)智能飛行控制系統(tǒng)，包括增穩(wěn)回路的設(shè)計(jì)和跟蹤回路的設(shè)計(jì)。增穩(wěn)回路的設(shè)計(jì)把多目標(biāo)特征結(jié)構(gòu)配置理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論相結(jié)合，設(shè)計(jì)了智能、魯棒的跟蹤回路；跟蹤回路的設(shè)計(jì)研究了動(dòng)態(tài)逆控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，這里用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)近似系統(tǒng)線(xiàn)性模型的雅克比矩陣，進(jìn)而用逆控制器來(lái)設(shè)計(jì)跟蹤回路。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供的是一個(gè)參數(shù)連續(xù)更新的系統(tǒng)模型，避免了逆誤差的存在，同時(shí)三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

5、器以其對(duì)連續(xù)非線(xiàn)性函數(shù)的任意逼近性，避免了傳統(tǒng)增益調(diào)參理論控制器參數(shù)切換帶來(lái)的系統(tǒng)不穩(wěn)定性。 4.把B-樣條理論和進(jìn)化算法結(jié)合起來(lái)，用進(jìn)化算法直接優(yōu)化樣條函數(shù)的控制點(diǎn)，進(jìn)而形成B-樣條飛行路徑，既保證了路徑的可飛性，又保證了規(guī)劃過(guò)程的快速性和實(shí)時(shí)性。研究了遺傳算法及其改進(jìn)——進(jìn)化算法，并將其應(yīng)用于飛行器路徑規(guī)劃中。鑒于飛行器路徑規(guī)劃的特性，考慮到最小飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑，和飛行速度的限制等要求，著重研究了性能指標(biāo)函數(shù)的選??；考慮到B-