模型預測控制方法在預防Ⅱ型飛行員誘發(fā)振蕩上的應用研究.pdf

1、飛行安全一直是航空領(lǐng)域關(guān)注的首要問題，而飛行員誘發(fā)振蕩（PIOs）是一種廣為人知、后果慘重的飛行事故，會嚴重威脅到飛行安全。因此，如何預防PIOs現(xiàn)象是飛行領(lǐng)域中一項重要的研究任務。歷來發(fā)生的許多典型、嚴重的PIOs大多是由速率限制器引發(fā)的Ⅱ型PIOs?，F(xiàn)代人-機閉環(huán)系統(tǒng)中，為保護機械設備性能，需要配備速率限制器，但速率限制器對輸入信號速率有固定限制范圍，當輸入信號速率遠大于速率限制器的限制值時，速率限制會被激活，造成輸出幅值降低、并產(chǎn)

2、生附加的相位滯后，從而導致飛行員判斷失誤、過分反復操作，引發(fā)Ⅱ型PIOs。
　　本文針對人-機閉環(huán)系統(tǒng)，基于模型預測控制（MPC）理論設計了控制器。利用MPC算法能夠?qū)⑾到y(tǒng)約束考慮在內(nèi)、同時保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的特點，將速率限制器的限制條件轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)輸入的約束條件進行處理，從而能夠保證輸入值在合理范圍內(nèi)，進而克服限制器的負作用，從根本上杜絕Ⅱ型PIOs的發(fā)生。本文從兩個方面全面驗證了MPC控制器在預防Ⅱ型PIOs上的有效性和可行性。

3、r>　　首先，選取較常見的增益飛行員模型，Neal-smith飛機模型來建立人-機閉環(huán)系統(tǒng)，并基于Matlab平臺進行模型預測控制器的編程設計和仿真。在正弦輸入信號作用下，分析了控制器對系統(tǒng)相位的影響，結(jié)果表明，MPC控制器能使系統(tǒng)相位相對于輸入有所超前，在一定程度上補償了由速率限制引發(fā)的相位滯后現(xiàn)象。改變增益飛行員模型取值，對系統(tǒng)進行時域響應分析。發(fā)現(xiàn)未發(fā)生振蕩時，MPC控制器作用不明顯，但當振蕩出現(xiàn)時，MPC控制器能快速且有效地對振

4、蕩進行抑制，并消除系統(tǒng)誤差，MPC方法用于抑制Ⅱ型PIOs的可行性得到了初步驗證。
　　此外，基于Simulink仿真平臺，分別針對由不同的飛機模型與飛行員模型組成的閉環(huán)系統(tǒng)，將MPC控制器與其他四種抑制器（如DASA抑制器，RLF抑制器等）進行了相位補償效果和階躍響應對比。仿真結(jié)果顯示，相同輸入信號及飛行條件下，MPC控制器對系統(tǒng)的相位補償效果明顯好于其他四種抑制器，且系統(tǒng)響應較好。在美國空軍標準（ML-STD-1797A）規(guī)定