基于非线性微分几何理论的舰载机自动着舰飞控系统设计及仿真

摘要

本文应用了非线性系统微分几何方法，在充分的剖析飞行器运动方程后，发现它具有一种特定的结构形式——我们称之为块对角非线性系统(BlockDiagonalNonlinearSystem——下文称BDNS)。针对这类系统，借助于反馈线性化和相对度的概念，并在块对角结构的相对度分解定理的基础上，提出了BDNS的块对角控制器(BlockDiagonalController———下文称BDC)的设计方法，这种方法不仅适用于单输入单输出(SISO)BDNS，而且适用于多输入多输出(MIMO)的方阵(输入输出具有相同个数)BDNS。自然可以采用上述方法设计飞行控制系统(FlightControlSystem———下文称FCS)。然而，在采用这种方法设计BDC时需要得到每个或每组(对多输入多输出系统)非线性方程的逆解析解。本文给出了舰载机的纵向运动方程的解析逆解，为设计舰载机BDC控制器扫除了障碍。 本文在介绍了BDNS与BDC控制理论与方法及详细分析舰载机运动特点的基础上，把纵向运动方程处理为块对角非线性系统，并且求出了舰载机纵向运动方程的逆解析解，设计出了舰载机自动着舰纵向块对角控制器。另外本文还讨论了甲板风干扰以及雄鸡尾流等参数摄动对控制效果的影响，并进行了在气动参数摄动的干扰以及雄鸡尾流干扰下的系统仿真实验。 仿真结果表明飞机纵向块对角BDC能够控制舰载机沿着理想下滑轨迹自动着舰，并且具有较好的鲁棒性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究的工程背景

1.2非线性系统的一般研究概况

1.3全天候着舰系统AWCLS简介

1.4本文的主要工作

第2章非线性系统反馈线性化控制

2.1非线性控制的微分几何基础

2.1.1光滑函数和向量场

2.1.2李导数和李括号

2.1.3坐标变换与微分同胚

2.1.4弗罗贝尼斯定理

2.2反馈线性化直观概念

2.2.1反馈线性化与标准型

2.2.2输入-输出线性化

2.3单输入单输出系统的反馈线性化

2.3.1线性输入-输出关系的生成

2.3.2局部渐进稳定

2.4多输入多输出系统的反馈线性化

2.5本章小结

第3章非线性系统的块对角形及其块对角控制器

3.1块对角控制器设计的理论体系

3.2块对角模型及其精确线性化

3.3块对角控制器(BDC)设计

3.4本章小结

第4章飞机纵向运动BDC控制器设计

4.1飞机纵向运动的原始微分方程

4.2飞机纵向运动的状态微分方程

4.3飞机纵向块对角控制器设计

4.4 本章小结

第5章飞控系统数学仿真

5.1舰载机基本数据

5.2发动机模型

5.3舰尾气流扰动

5.4基于BDC控制器的自动着舰过程仿真

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢