机翼受损飞机的区间二型模糊自适应飞行控制研究

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飞行安全一直是飞机系统的研究热点和重要方向。随着技术的进步,现代飞机的安全性已经有了很大提高,但是在飞行过程中仍然会发生受损情况。其中,机翼受损是飞行过程中常见的情况,当机翼受损后,如果不加以控制,飞机很可能会失控,甚至严重威胁机上乘员以及机体安全。针对飞机机翼受损和舵面故障情况,本文基于区间二型模糊理论开展自适应容错飞行控制研究。考虑飞机左翼部分受损、左襟翼部分受损、方向舵完全受损、左水平安定面完全受损等包括主翼面和控制翼面在内的多种机翼受损情况,基于区间二型模糊控制理论,设计容错飞行控制器,并通过仿真验证了控制器有效性。主要工作如下:(1)推导了机翼受损飞机的六自由度动力学模型。首先,建立了飞机的六自由度动力学模型,在此基础上,推导了考虑质心、转动惯量等物理特性,以及所受力和力矩变化的机翼受损飞机非线性模型。针对飞行过程中突发左翼面受损、方向舵受损、垂尾掉落、升降舵受损等情况进行开环仿真,分析了飞机在飞行过程中机翼受损后的动态特性变化,为后续控制器的设计奠定基础。(2)结合反步法(Backstepping)和区间二型模糊自适应控制理论,设计了针对机翼突发受损故障的自适应容错飞行控制律,基于Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性。并针对左翼面受损,左侧襟翼受损、方向舵受损、升降舵受损和左安定面受损等多种情况进行了仿真实验,仿真结果表明了本文提出的方法能有效处理突发机翼受损的容错飞行控制问题,有效提高了飞行控制系统安全性。(3)考虑实际系统中某些状态量不可测的情况,设计了基于状态观测器的区间二型模糊自适应容错控制律。针对攻角、侧滑角以及航迹滚转角在实际应用中可能无法精确测量的问题,引入滑模状态观测器对状态量进行观测,结合区间二型模糊理论,设计了机翼受损飞机容错飞行控制律,并对闭环控制系统的稳定性进行了证明。仿真实验结果表明,提出方法能在关键状态不可测的情况下实现机翼受损飞机的安全飞行,具有较好的容错性能。
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