舰载机全自动着舰引导飞控系统设计

摘要

随着我国国防事业的跨越式发展,有关航母/舰载机技术的研究工作也紧锣密鼓地展开。由于舰载机着舰环境复杂、影响因素众多,着舰安全始终是航母/舰载机系统的一项技术难点和瓶颈。目前世界上最先进的着舰方式——全自动着舰,能够排除人为因素的干扰,依靠精确有效的自动控制系统来提高舰载机着舰精度和成功率。舰载机引导飞控系统是全自动着舰系统ACLS的核心部分,也是全自动着舰的基本保障,其功能是根据指令输入以及环境变化自动调整舰载机的姿态和航迹。本文将自动控制理论、现代智能控制理论、飞行原理以及流体力学等多方面理论及技术有机结合,以F/A-18舰载机为例,从控制学的角度研究和设计了全自动引导的飞控系统,并利用MATLAB/Simulink软件分别进行了平静大气和舰尾气流场干扰两种环境下的仿真实验。
　　首先通过对舰载机受力情况和运动状态的分析,建立了F/A-18舰载机的六自由度全量模型;经过解耦、线性化和标准化等一系列处理,得到了F/A-18舰载机的纵向小扰动模型。基于该模型对F/A-18舰载机的模态特性和响应特性进行了研究,分析了导致舰载机开环时不稳定的因素,从而确定引导飞控系统的控制量和反馈量。根据ACLS设计准则和飞行品质规范的要求设计了F/A-18舰载机的俯仰角指令飞控系统,包括自动驾驶仪和进场动力补偿系统的设计以及二者的交联,实现了俯仰角指令对F/A-18舰载机姿态的自动控制。接下来以自动飞控系统为内环,运用模糊PID技术设计了F/A-18舰载机的引导控制系统,实现了对舰载机航迹的自动控制。最后建立了舰尾气流场的时域模型,并将其对舰载机着舰产生的影响作为控制项引入引导飞控系统,考察了系统的抑风扰动能力。
　　MATLAB/Simulink环境下的仿真结果显示,将俯仰角指令的自动飞控系统引入F/A-18舰载机后,舰载机的稳定性能大幅提升,能够在较短时间内完成舰载机姿态的自动控制,且抗扰性能良好。基于模糊PID的引导控制系统不仅实现了F/A-18舰载机的航迹控制,还具有参数在线自整定功能,能够满足复杂多变的着舰需求。同时舰载机全自动着舰的引导飞控系统还具备一定的抑风扰动能力,能够在较短时间内化解舰尾气流场对舰载机着舰的不利影响。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2全自动着舰系统概述

1.3全自动着舰技术的国内外研究动态

1.4课题研究主要内容

第2章 舰载机数学模型建立

2.1坐标系的确立与相互转化

2.2舰载机受力情况分析

2.3舰载机六自由度全量模型建立

2.4舰载机纵向小扰动模型建立

2.5本章小结

第3章 舰载机固有特性分析

3.1舰载机模态特性分析

3.2发动机模型建立与特性分析

3.3舰载机响应特性分析

3.4本章小结

第4章 舰载机全自动着舰的引导飞控系统设计

4.1全自动着舰的引导飞控系统设计准则

4.2俯仰角指令的自动驾驶仪设计

4.3保持迎角恒定的进场动力补偿系统设计

4.4基于模糊PID的引导控制系统设计

4.5本章小结

第5章 舰载机全自动着舰的引导飞控系统仿真

5.1自动飞控系统仿真

5.2引导控制系统仿真

5.3舰尾气流场对全自动着舰引导飞控系统的影响仿真

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢