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无尾飞翼式飞行器主动控制的参数化方法

作　者: 高春岩
导　师: 段广仁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 无尾飞翼气动布局 主动控制技术 参数化方法 输出次优控制 线性矩阵不等式
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


本文研究的控制对象是一种重于空气的固定翼无尾飞翼布局飞行器,要求该种布局飞行器能够以亚声速在高空范围内长时间飞行,实现非常规气动布局飞行器主动控制技术。涉及放宽静稳定性技术、主动颤振抑制技术,为无尾飞翼布局飞行器提供可靠的安全飞行策略。飞行器采用无尾飞翼布局技术,这种布局飞行器翼身融合一体,且没有水平安定面和垂直尾翼,在机翼后缘沿机体向外布置升降副翼和对开式阻力方向舵,因而纵向和侧向自然稳定性下降,甚至静不稳定。这种静不稳定的飞翼式飞行器在没有放宽静稳定功能的电传操纵系统的情况下是难以实现操纵的,必须通过纵向、侧向控制增稳系统来实现放宽静稳定性技术。本文以无尾飞翼飞行器横航向控制系统为研究对象,分析了无尾飞翼布局飞行器在高空飞行状态的自然稳定性,并介绍了基于特征结构配置的参数化方法,基于该方法设计了横航向主动控制律,实现了无尾飞翼飞行器协调转弯机动动作。由于对这种布局的飞行器具有长航时的性能要求,为此该类飞行器普遍具有大展弦比或超大展弦比;另外,这种飞行器还要求能在高空飞行,飞行器需要采用柔性智能材料来减轻质量,以增大升阻比,因而这种飞行器又具有重量轻,柔性大的特点。随着柔性的增大,加上无尾飞翼布局使整机成为一个巨大的升力面,机翼的颤振现象突出,严重情况会造成机体结构破坏。因而需通过主动颤振抑制来提供飞行器稳定飞行的可靠性。本文以三自由度二元机翼气动弹性控制系统为研究对象,利用输出反馈次优控制法和线性矩阵不等式法,设计了颤振主动抑制控制律,提高了飞行器的颤振临界速度,实现了颤振抑制主动控制技术。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
插图  9-11
表格  11-12
第1章 绪论  12-19
  1.1 课题背景及意义  12-13
  1.2 无尾飞翼布局技术  13-15
    1.2.1 无尾飞翼布局飞行器的发展  13-14
    1.2.2 无尾飞翼布局飞行器概述  14-15
  1.3 主动控制技术  15-17
    1.3.1 主动控制技术的发展  15-16
    1.3.2 放宽静稳定性  16-17
    1.3.3 颤振主动抑制  17
  1.4 本文的主要内容和安排  17-19
第2章 准备知识  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 特征结构配置  19-22
  2.3 输出次优控制  22-25
  2.4 线性矩阵不等式  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 无尾飞翼飞行器横侧向主动控制系统设计  28-43
  3.1 引言  28-29
  3.2 飞行控制系统数学模型  29-32
    3.2.1 常用坐标系  29
    3.2.2 变量定义  29-30
    3.2.3 飞行器六自由度数学模型  30-31
    3.2.4 线性化模型  31-32
  3.3 无尾飞翼式飞行器横侧向运动分析  32-35
  3.4 无尾飞翼式飞行器横侧向主动控制系统设计  35-42
    3.4.1 问题描述  35-36
    3.4.2 主动控制系统设计  36-38
    3.4.3 仿真分析  38-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章 无尾飞翼式飞行器颤振主动抑制  43-64
  4.1 引言  43-44
  4.2 颤振概述  44-47
  4.3 三自由度二元机翼气动弹性系统  47-55
    4.3.1 非定常气动力  47-49
    4.3.2 三自由度二元机翼运动方程  49-51
    4.3.3 非定常气动力有理函数近似  51-52
    4.3.4 气动弹性系统状态空间表示  52-55
  4.4 颤振主动抑制  55-63
    4.4.1 颤振主动抑制系统  55
    4.4.2 颤振鲁棒抑制控制律设计  55-59
    4.4.3 数值仿真分析  59-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章 柔性飞行器整体建模  64-77
  5.1 引言  64
  5.2 柔性无尾飞翼式飞行器运动方程  64-76
    5.2.1 蒂斯拉德浮动框架  65-66
    5.2.2 动能和势能表达式  66-70
    5.2.3 整体运动方程  70-74
    5.2.4 运动方程线性化  74-76
  5.3 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-81
攻读硕士学位期间发表的学术论文  81-83
致谢  83-84
个人简历  84

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