民用航空飞行器轨迹优化与控制技术

摘要

中国经济高速发展带动了民用航空产业蓬勃发展，大飞机产业对推动航空高新技术发展、保障国内外运输及增强国家军事实力等有重要意义。其中飞机轨迹优化和跟踪控制技术是飞机飞行管理系统的难点技术。本文系统研究了民航飞机水平航迹规划和垂直剖面轨迹优化问题，就爬升和下降段轨迹优化，巡航段水平航迹规划及风场干扰下航迹跟踪等问题进行了一系列研究工作。
　　在飞机爬升和下降段，考虑乘客舒适过载和民航飞行规则约束，综合考虑飞行燃油成本和时间成本，以省时省油为综合优化性能指标，设计各阶段最优飞行轨迹。由于遗传算法易陷入局部最优解的缺陷，本文依据种群基因趋同度修改种群交叉变异概率，使用自适应遗传算法规划飞机爬升和下降段轨迹，该算法提升了各阶段飞行轨迹优化性能，随后对不同末端飞行状态的爬升轨迹优化方案进行对比分析。针对巡航段航迹规划问题，探讨了在多种静态威胁区（禁飞区、雷达探测区）的航迹规划问题，并考虑实际飞行过程中态势变化问题（台风动态区），以自适应遗传算法实现航迹离线规划为基础，融合D*动态搜索算法进行局部在线航迹重规划，实现复杂飞行环境下的动态航迹寻优策略。
　　航迹跟踪是飞机精确执行飞行任务的关键技术，本文首先研究了巡航段的内外部干扰因素及航迹跟踪控制方法，随后就突风、常值风干扰下的航迹跟踪问题，设计自适应滑模航迹跟踪控制算法对巡航段已规划航迹进行跟踪控制，仿真结果表明此跟踪算法在航迹跟踪过程中具有良好的跟踪精度和抗干扰性能。本文的研究工作可为民航飞机轨迹优化和跟踪提供理论依据。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作

第二章 民用飞机轨迹优化总体问题描述

2.1 飞机轨迹优化总体描述

2.2 飞机各阶段轨迹优化问题提出

2.3 飞机运动方程

2.4 飞机基本参数模型

2.5 飞行环境模型

2.6 本章小结

第三章 飞行器轨迹优化算法及分析

3.1 飞行器轨迹优化算法介绍

3.2 自适应遗传算法

3.3 D*搜索算法

3.4 本章小结

第四章 爬升及下降段轨迹优化设计与仿真

4.1 爬升段轨迹优化设计

4.2 下降段轨迹优化设计

4.3 本章总结

第五章 飞机巡航段航迹规划设计与仿真

5.1 最优巡航条件确定

5.2 巡航段离线航迹综合模型

5.3 巡航段在线航迹规划设计

5.4 本章总结

第六章 飞机巡航段航迹跟踪设计

6.1 引言

6.2 巡航段干扰因素

6.3 自适应滑模控制方法与过程

6.4 自适应滑模跟踪控制设计

6.5 巡航段航迹跟踪数值仿真及分析

6.6 本章总结

第七章 总结与展望

7.1 论文主要研究成果

7.2 论文进一步研究方向

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录