Boeing737飞机侧向通道模型辨识及鲁棒飞行控制器设计

摘要

飞机的运动可分为侧向运动和纵向运动<'[2]>,所以飞机运动方程也可以分为侧向通道运动方程和纵向通道运动方程.该文以加拿大CAE公司生产的Boeing737-300飞机机务维护模拟机作为数据源,运用基于广义最小二乘法的改进算法,对侧向通道传递函数进行了参数辨识,并对飞机侧向通道鲁棒飞行控制器设计进行了较为深入研究.论文主要成果如下:1.运用基于广义最小二乘法的改进算法,对侧向通道滚转角对副翼输入传递函数进行了参数辨识,分别得到了不同高度(3000ft-30000Ft)、不同速度条件下的传递函数,并对各自的辨识结果进行了仿真和拟合度检验,获得了比较满意的效果.最后对辨识结果进行了必要分析.2.研究了采用鲁棒控制方法进行全包线飞行控制系统设计时飞行包线的区间划分方法及各个区域内标称对象的选取方法.研究了参数摄动系统的H<,∞>稳定控制器的设计,推导出当对象模型的状态矩阵存在摄动时,系统的输出反馈二次稳定性问题可以转换为一个等价的H<,∞>动态反馈控制器设计问题,并讨论了H<,∞>控制设计方法中常见的H<,∞>加权混合灵敏度设计问题.最后分别采用H<,∞>混合灵敏度设计方法和大范围模型参数变化对象的H<,∞>混合灵敏度控制器设计方法进行了侧向通道滚转角控制系统设计,仿真结果表明得到的控制系统的性能较为满意.论文的研究成果对中国大型民航客机侧向通道自动驾驶仪的设计研究具有一定的参考和应用价值.

目录

文摘

英文文摘

中国民用航空学院学位论文独创性声明及中国民用航空学院学位论文使用授权声明

符号与标记

第一章引言

§1.1国内外自动驾驶仪设计现状

§1.2本课题的研究方法、内容及意义

§1.1论文内容的编排

第二章侧向飞行控制系统

§2.1刚体飞行器的运动方程

§2.2飞机侧向运动的运动方程及传递函数

§2.3自动驾驶仪系统

§2.4侧向运动控制系统

§2.5 BOEING737-300飞机自动飞行系统概述

第三章BOEING737飞机侧向通道运动环节辨识

§3.1基于GLS的改进辨识算法

3.1.1广义最小二乘法GLS

3.1.2遗忘因子法

3.1.3时域压缩因子

3.1.4算例分析

§3.2辨识实验设计

3.2.1实验设计

3.2.2模型的结构辨识

3.2.3模型的参数辨识

3.4.4模型验证

§3.3 BOEING737-300侧向通道在不同高度层的模型辨识

§3.4辨识结果分析

3.4.1实验中高度变化、马赫数变化和脉冲成分带来的误差

3.4.2辨识方法的影响

第四章侧向通道鲁棒飞行控制器的设计

§4.1鲁棒控制理论综述

§4.2H∞控制问题及其解法

4.2.1H∞标准控制问题

4.2.2状态反馈H∞控制的解法

§4.3参数摄动系统的H∞鲁棒控制器设计

4.3.1参数不确定性对象模型结构的表示

4.3.2二次稳定性及H∞控制

§4.4飞行包线区域划分及标称设计对象的选取

4.4.1飞行包线区域划分方法

4.4.2标称设计对象的选取方法

4.4.3不确定性的区间描述

§4.5鲁棒H∞混合灵敏度设计方法和飞机滚转角控制系统的设计与仿真

4.5.1H∞混合灵敏度设计

4.5.2大范围模型参数变化H∞混合灵敏度设计

第五章结束语

致谢

参考文献

附录A侧向通道控制系统图

附录B常用CDB标号及CTS采集数据程序