民用飞机阵风减缓控制及可视化仿真

摘要

民用飞机在巡航和机动飞行过程中经常会遭遇到大气扰动，由此产生的气动力和力矩会给飞机增加不希望的附加过载，不仅造成飞机因为承受较大的动态结构载荷而容易疲劳损坏，而且增加飞机的操纵难度和降低乘客的乘坐舒适度。本文主要针对民用飞机开展阵风减缓控制技术的研究，设计阵风减缓控制方案，完成阵风减缓控制律的设计与仿真，开发阵风减缓控制仿真软件进行可视化验证。
　　本文首先分析大气扰动并对其建立数学模型。结合国外民用飞机的阵风减缓控制技术，在分析传感器布局、操纵舵面和控制方式选取的基础上设计了阵风减缓控制方案。通过使用对称副翼、扰流板和升降舵来实现阵风减缓控制。然后针对大气紊流和风切变这两种类型的大气扰动，结合飞机纵向线性运动数学模型，分别建立阵风—飞机综合线性系统模型，以法向过载为性能指标，分别采用LQG/LTR方法和LQR方法设计最优状态调节器使性能指标达到最小，并进行 MATLAB/Simulink仿真，仿真结果表明所设计的控制律达到了减小阵风载荷的目标。接着结合大气紊流数学模型与飞机纵向非线性运动数学模型，建立阵风—飞机综合非线性系统模型，基于反步法设计自适应补偿控制律来减缓紊流扰动，并实现 MATLAB/Simulink仿真，仿真结果显示该控制律可以实现阵风减缓功能。最后通过使用LabVIEW与MATLAB/Simulink的联合编程设计阵风减缓控制仿真软件。该软件可以帮助用户在仿真过程中进行飞行控制和状态观察，验证所设计阵风减缓控制律的效果，实现系统的可视化仿真。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构及内容安排

第二章 阵风减缓控制方案设计

2.1 引言

2.2 大气扰动建模

2.3 阵风减缓控制总体方案设计

2.4 本章小结

第三章 阵风减缓最优控制律设计

3.1 线性二次最优控制的一般方法

3.2 大气紊流作用下的阵风减缓最优控制

3.3 风切变作用下的阵风减缓最优控制

3.4 本章小结

第四章 阵风减缓非线性自适应控制律设计

4.1 阵风—飞机综合非线性系统模型

4.2 基于反步法的自适应控制律设计

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

第五章 阵风减缓控制仿真软件设计

5.1引言

5.2.软件设计流程

5.3 软件详细设计

5.4 软件运行及结果显示

5.5 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 论文工作总结

6.2 论文工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文