艦載飛機自動著艦縱向控制系統(tǒng)設計的理論與仿真研究.pdf

1、艦載飛機進艦著艦自動引導和控制系統(tǒng)是現代航空母艦/艦載飛機系統(tǒng)的關鍵技術,一直以來備受關注。航空母艦自動著艦控制系統(tǒng)(ACLS)是艦載飛機自動進艦著艦技術的綜合體現,能引導和控制艦載飛機在各種天氣、海況下在航空母艦甲板上安全著艦。本文圍繞ACLS,對其設計過程中所涉及到的關鍵技術進行了系統(tǒng)深入的理論與仿真研究,具體的研究內容主要包括:
　　(1)艦載飛機進艦著艦環(huán)境因素中,甲板運動和艦尾流是產生著艦誤差的主要原因。根據航空母艦海上

2、運動具有平穩(wěn)隨機過程的特點,利用功率譜模型對甲板運動進行了建模,盡可能真實地反映航母甲板上理想著艦點的運動狀況,并分析得出艦載飛機進艦著艦的預期下滑軌跡。同時分析了艦尾流的物理特性和成因,采用工程化方法,參照美國軍標對艦尾流進行了建模與仿真。
　　(2)根據飛行力學知識,對艦載飛機進艦著艦階段的縱向受力進行分析,建立了相應的無風狀態(tài)和有變化風場時的縱向運動方程模型,并對其進行線性化從而得到小擾動運動方程,采用“系數凍結法”將其轉化

3、為線性狀態(tài)方程模型,并對艦尾流影響作了簡化。以美國海軍F/A-18A艦載飛機作為研究對象,分析了艦載飛機在著艦狀態(tài)下的動態(tài)特性。升降舵和油門的階躍輸入響應表明處于低動壓狀態(tài)的艦載飛機具有空速不穩(wěn)定特性。
　　(3)基于經典控制理論,設計了高度變化率指令縱向自動著艦控制系統(tǒng)。按照艦載飛機自動著艦控制系統(tǒng)的基本結構,從內而外依次對自動飛行控制系統(tǒng)、自動推力補償系統(tǒng)、縱向引導控制律、甲板運動補償器進行了研究和設計,在MATLAB/SIM

4、ULINK中對其進行完整建模,仿真結果表明所設計的ACLS的基本結構是正確的。
　　(4)基于模糊控制理論,對高度變化率指令ACLS的縱向引導控制律進行改進和優(yōu)化。根據一般艦載飛機自動著艦控制系統(tǒng)的特點,提出通過設計模糊PID控制器對縱向引導控制律進行改進,基于由工程專家的經驗構造的模糊控制規(guī)則,利用模糊控制系統(tǒng)對控制器參數進行在線調整。仿真結果表明,該方法可有效改進艦載飛機的著艦品質。
　　(5)基于魯棒H∞控制理論,設計

5、了縱向自動著艦控制器。根據著艦導引系統(tǒng)的性能要求,確定系統(tǒng)性能評價輸出、H∞控制器反饋輸入量及加權矩陣的形式從而建立H∞控制增廣模型的結構,并對加權矩陣參數進行調整,基于線性矩陣不等式處理方法利用MATLAB中的魯棒控制工具箱設計縱向H∞自動著艦控制器。仿真結果表明,所設計的自動著艦引導控制器能有效抑制艦尾流擾動影響,能滿足著艦要求。
　　綜上所述,本文對艦載飛機進艦著艦縱向控制進行了系統(tǒng)的研究,針對艦載飛機著艦過程中存在艦尾流擾