低空风切变是一种严重威胁飞行安全的天气现象,绝大多数风切变飞行事故发生在飞机着陆阶段,其中大部分事故是由于风切变诱发驾驶员操纵不当造成的。针对这一问题,论文从低空风切变下客机的控制和报警角度展开了深入的研究。首先,建立了真实度较高的低空风切变模型、大型客机着陆阶段的动力学模型,后者考虑了风速梯度的影响,并针对其进行了配平与线性化,得到了配平点附近的线性模型。分别基于线性模型与非线性模型分析了客机的自然特性。其次,利用PID控制方法设计了客机自动着陆控制律,基于客机非线性模型的仿真结果表明,所设计的控制律满足系统性能指标要求,能抵抗一定强度的风切变,具有一定的鲁棒性。由于低空风切变下客机的非线性特性十分明显,本文还基于动态逆方法设计了客机自动着陆控制律,并引入了比例积分回路,在线补偿了外部风切变干扰和空速变化引起的气动参数摄动导致系统产生的逆误差,提高了控制器的鲁棒性,从而抑制了外部扰动的影响,克服了动态逆控制过分依赖模型精确性的缺点。此外,通过仿真表明该方法动态性好,与PID控制相比,能抵抗强度更大的风切变,鲁棒性好。再次,考虑现有风切变报警算法未考虑但实际有影响的因素,如飞机高度、质量以及飞机性能,从概率统计的角度,利用蒙特卡洛算法进行飞行仿真试验,并将不确定性因素(风场中的紊流、阵风以及人的反应时间)转化为飞机在风切变下成功报警和不必要报警的概率,然后权衡二者的大小,确定报警的阈值,最终获得了客机的报警曲线。与只考虑了风速信息和飞机空速的霍尼韦尔(Honeywell)公司的风切变报警曲线相比,本文所设计的报警曲线更具合理性。最后,搭建了基于FlightGear的视景仿真模块,并基于Tilcon设计了虚拟仪表,实现了客机在低空风切变下控制与告警的视景仿真。