飞行/推进系统一体化控制方法研究

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在飞行器设计中,以往的机体与发动机分离的设计方案已经不能满足现有的设计要求,因为在飞行器的飞行过程中,飞行姿态的变化会影响发动机的来流从而影响进气,发动机产生推力力矩同样会对飞行器的姿态产生影响,飞控系统和推进系统之间的耦合问题已经不能忽视。因此,本文以BTT(Bank to turn倾斜转弯)飞行器为研究对象,在飞行/推进系统一体化控制的条件下,设计了鲁棒控制算法,以求实现对飞控系统以及推进系统的更精细的综合控制。首先,建立了后续建模工作所需的坐标系以及转换矩阵,在此基础之上建立了飞行器运动的动力学模型和转动的动力学模型,充分考虑飞控系统和推进系统相互的影响,对所得系统模型进行一定程度的线性化,得出最后的模型。其次,对冲压发动机几个比较重要的特性进行了拟合建模,主要分为三个部分,推力系统建模、进气道安全裕度建模、燃烧室最大温度建模,采用了LM非线性拟合算法,拟合过程均收敛,随后给出了拟合的可视化效果图,验证了拟合的有效性。在拟合模型的基础上设计了冲压发动机两点燃油的方案,在满足推力需求的情况下,尽可能保持燃油流量尽可能小。然后,在上面给出模型的基础上设计相应的鲁棒控制器,将三个通道间的耦合以及不确定项都看作干扰,对干扰的上界进行估计,基于干扰的上界设计了相应的鲁棒控制器。当飞行器飞行速域变化时,会引起相应气动参数的变化,滑模变结构控制的鲁棒性正好可以抵御一定的参数摄动,因此在推进系统满足推力指标的时候,飞控系统并不受到速域变化导致的参数摄动影响。最后,将推进系统控制方法和飞行控制方法应用于飞行和推进控制系统设计,模拟了特征点附近小范围飞行仿真,根据气动力拟合公式,对高度通道模型进行线性化,进行攻角控制,并进行了速度通道仿真,仿真结果验证了设计方法的有效性。
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