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舰载飞机动力补偿系统控制律设计研究

作　者: 倪灯塔
导　师: 沙永柏
学　校: 吉林大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 舰载飞机飞行控制动力补偿控制律 Matlab仿真
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 235次
引　用: 3次
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内容摘要

作者的论文选题是在多年从事海军产品的设计、生产的监造过程中,本着毕业研究和实际工作相结合的原则而自选题目,希望研究生阶段的学习成果能迅速指导将要面临的可能工作。舰载飞机是以航空母舰为基地的作战机种,因此,要求它必须满足和适应航空母舰的工作环境、自然环境和作战环境,当然也就需解决舰载飞机与航空母舰环境的适配性问题。海上的自然环境比陆地复杂和恶劣,飞机在航空母舰上着舰时存在比较大的外界干扰(如大气紊流、甲板风及航空母舰扰流等)。舰载飞机/航空母舰的适配性中最主要的内容是舰载飞机的起飞和着舰,尤其舰载飞机的着舰技术是航空母舰/舰载飞机技术中最大的难点。与陆基飞机的着陆相比,舰载飞机在飞行甲板上着舰更为困难。航空母舰是一个长度有限的海上浮动平台,着舰环境涉及航空母舰的运动和海上的大气紊流扰动。在这种扰动环境下,舰载飞机必须精确控制航迹,保持合适的速度、姿态以及相对航空母舰的位置,对准着舰甲板中心线,才能安全着舰,为此有必要研究飞机舰载机的动力补偿系统。舰载机的动力补偿系统主要体现在进舰着舰的下滑着舰控制,这是舰/舰载机相容性的主要研究内容。由于着舰环境十分恶劣,要求飞机的着舰系统具有非常高的下滑轨迹控制精度;然而在进舰着舰阶段,舰载飞机处于“速度反区”,出现了航迹对升降舵输入的反操纵现象,这种现象是由于飞行的速度较低造成的,结果导致单独依靠升降舵输入无法保持飞机的航迹。因此,对飞机下滑阶段的姿态控制十分关键。本文为此研究动力补偿系统,该系统主要用来调节飞机进场时的速度和高度,它的功能是自动调节油门,旨在消除舰载机在低速区的速度不稳定现象,增强飞行轨迹角对姿态角的快速精确响应,提高航迹控制精度。本文主要解决如何在某舰载飞机验证机上实施动力补偿的问题。重点是根据飞机着舰的动力学分析计算出该系统的控制律。为此研究了某型飞机的基本特性,明确指出舰载飞机自然状态在低动压下,自然飞机控制姿态角达不到控制航迹倾斜角的目的,也即飞行轨迹不可控的共性;其次用经典PID控制方法,对动力补偿系统进行控制律的设计与仿真,对设计结果进行验证。本论文的研究是在依托某飞机设计研究所的预研项目而开展的,作者参与该项目的技术研究和设计评审。

全文目录

提要  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 研究课题的提出  8-14
    1.1.1 舰载飞机研究的关键技术  8-9
    1.1.2 舰载飞机关键技术的核心问题  9-12
    1.1.3 舰载机着舰技术的控制系统  12-14
  1.2 控制系统的计算机辅助设计软件MATLAB/SIMULIN简介  14-15
  1.3 本课题研究的具体内容和主要工作  15-18
第2章舰载飞机的进场动力补偿系统  18-28
  2.1 舰载飞机进场动力补偿系统的概念和功能  18-19
  2.2 舰载飞机进场动力补偿系统技术发展思路  19-20
  2.3 舰载飞机动力补偿的执行问题  20-22
  2.4 国内外研究概况  22-25
  2.5 该型舰载飞机的动力补偿系统的硬件组成和交联关系  25-26
    2.5.1 动力补偿系统的组成  25
    2.5.2 动力补偿系统的交联关系  25-26
  2.6 本章小结  26-28
第3章舰载飞机的固有特性分析  28-42
  3.1 飞机纵向和横航向运动方程及线性化  28-30
    3.1.1 坐标系的建立  28-29
    3.1.2 进场下滑阶段的动力学数学模型及线性化  29-30
  3.2 飞机模型的动态响应分析  30-40
    3.2.1 平尾阶跃输入的系统响应  32-37
    3.2.2 对单位油门杆阶跃输入的响应  37-40
  3.3 本章小结  40-42
第4章下滑阶段动力补偿控制律设计  42-54
  4.1 现代飞行控制系统研究与应用现状  42-43
  4.2 进场下滑阶段的动力学特性  43-44
  4.3 进场下滑阶段的动力补偿策略  44-45
    4.3.1 速度稳定的动力补偿策略  44-45
    4.3.2 迎角稳定的动力补偿策略  45
  4.4 进场下滑阶段的模态特性  45-47
  4.5 控制对象结构图  47-48
  4.6 自然飞机航迹倾斜角△θ对姿态角△(?)的响应分析  48-49
  4.7 姿态保持时的推力对速度的传递函数  49-50
  4.8 基于PID的速度稳定控制律设计  50-53
    4.8.1 PID控制原理概述  50-51
    4.8.2 速度稳定的控制律设计  51-53
  4.9 本章小结  53-54
第5章动力补偿系统控制律仿真  54-64
  5.1 下滑着舰环境概况  54-59
    5.1.1 顺风  54
    5.1.2 逆风  54
    5.1.3 阵风  54
    5.1.4 舰尾流  54-59
  5.2 仿真结果  59-62
    5.2.1 常值顺风干扰  59
    5.2.2 常值逆风干扰  59-60
    5.2.3 阵风干扰  60-61
    5.2.4 舰尾流干扰  61-62
  5.3 本章小结  62-64
第6章总结与展望  64-66
  6.1 论文总结  64-65
  6.2 工作展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
摘要  71-73
ABSTRACT  73-75

舰载飞机动力补偿系统控制律设计研究

内容摘要

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