强扰动下飞翼飞机着陆控制技术研究

摘要

飞翼是未来飞行器设计的一个方向，翼身融合的气动布局使飞翼具有很好的隐身性能，并且适合高空长航时作业，但是也存在着在低空低速阶段控制难度大、易受干扰等问题。本文首先对包括紊流、突风和平均风在内的风扰动做了仿真，用以验证控制器的性能。然后以下滑段的飞翼线性模型为被控对象，以抑制扰动为目的，基于线性矩阵不等式的方法设计了混合H∞/H2状态反馈控制器。
　　 在扰动的仿真中，重点是大气紊流的仿真。本文根据Von Karman大气紊流速度频谱和大气紊流梯度频谱，用蒙特卡罗方法实现紊流速度和梯度的仿真。分析不同方向的紊流速度和紊流梯度的频谱，依据它们各自的特点，分别采用不同的随机变量抽样方法。对横向紊流速度的抽样，在保证正确抽样的同时，加入合理的假设，提高变量的抽样效率。对绕x轴的两个紊流梯度的仿真中，为了提高变量抽样效率，放弃了一般使用的工程应用公式，采用了理论公式。最后用紊流的直方图，直观地验证了紊流仿真的正确性和合理性。
　　 建立了飞翼着陆下滑段的线性模型，并且分析了这一状态下飞翼的纵向和横侧向的静稳定性和运动模态。跟据分析的结果设计了飞翼纵向和横侧向的PID增稳系统。简单介绍了基于线性矩阵不等式的H∞/H2控制器设计方法，对控制器设计中的一些问题作了讨论。用这种方法设计了系统的状态反馈H∞/H2鲁棒控制器，并与PID控制器进行比较。实验结果证明所设计的鲁棒控制器对扰动有一定的抑制效果，而且控制输入很小。