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高抗扰高精度无人机着舰纵向飞行控制

刘宪飞 王勇 张代兵

刘宪飞, 王勇, 张代兵等 . 高抗扰高精度无人机着舰纵向飞行控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(9): 1891-1899. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0679
引用本文: 刘宪飞, 王勇, 张代兵等 . 高抗扰高精度无人机着舰纵向飞行控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(9): 1891-1899. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0679
LIU Xianfei, WANG Yong, ZHANG Daibinget al. High-immunity high-precision longitudinal flight control for UAV's carrier landing[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(9): 1891-1899. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0679(in Chinese)
Citation: LIU Xianfei, WANG Yong, ZHANG Daibinget al. High-immunity high-precision longitudinal flight control for UAV's carrier landing[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(9): 1891-1899. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0679(in Chinese)

高抗扰高精度无人机着舰纵向飞行控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0679
详细信息
    作者简介:

    刘宪飞  男, 硕士研究生; 主要研究方向:飞行控制工程应用

    王勇  男, 博士, 研究员, 博士生导师; 主要研究方向:先进控制理论及飞行控制工程应用

    通讯作者:

    王勇, E-mail:wyuav@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V249

High-immunity high-precision longitudinal flight control for UAV's carrier landing

More Information
  • 摘要:

    针对无人机着舰过程中舰尾流扰动和甲板运动扰动对着舰点散布的影响,对复杂着舰环境下的无人机着舰纵向控制策略、控制结构和控制律参数设计方法进行研究。针对常规控制结构抗扰能力不足的问题,提出了无人机着舰纵向多操纵面平衡态直接力控制(DFC)策略及控制结构。提出了面向着舰点散布的控制律参数优化设计方法,该方法在保证系统满足稳定裕度指标的基础上,综合考虑了舰尾流扰动和甲板运动扰动对着舰点散布的影响,使2种扰动造成的着舰点散布最小。构建控制律参数优化设计问题,通过粒子群优化(PSO)算法进行优化设计,得到高抗扰性能的控制律参数。在控制律参数优化中考虑舰尾流和甲板运动的功率谱密度分布,使设计更具有针对性,减小了控制律设计的保守性,进一步提高控制的抗扰性能。算例设计及仿真验证了多操纵面平衡态DFC控制结构在抵抗舰尾流扰动和甲板运动扰动方面的优异性能,并证明了所提控制律参数设计方法的有效性。

     

  • 图 1  ACLS常规纵向控制结构

    Figure 1.  Regular longitudinal control structure of ACLS

    图 2  多操纵面平衡态DFC控制结构

    Figure 2.  Control structure based on multi-surface equilibrium-state DFC

    图 3  舰尾流水平分量和垂直分量

    Figure 3.  Horizontal component and vertical component of air-wake

    图 4  舰尾流水平和垂直分量功率谱密度

    Figure 4.  Power spectrum density of air-wake horizontal and vertical component

    图 5  甲板运动仿真模型

    Figure 5.  Simulation model of deck motion

    图 6  理想着舰点高度信号及其功率谱密度

    Figure 6.  Altitude signal of ideal touchdown point and its power spectrum density

    图 7  控制律优化设计结构示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of control law optimization design structure

    图 8  PSO参数寻优流程图

    Figure 8.  Flowchart of parameter optimization with PSO

    图 9  适应度变化曲线

    Figure 9.  Changing curves of fitness

    图 10  不同控制结构对u的抑制能力对比

    Figure 10.  Comparison of u inhibition ability between different control structures

    图 11  不同控制结构对w的抑制能力对比

    Figure 11.  Comparison of w inhibition ability between different control structures

    图 12  不同控制结构的舰尾流扰动抑制能力对比

    Figure 12.  Comparison of inhibition ability of air-wake disturbance between different control structures

    图 13  不同控制结构跟踪甲板运动能力对比

    Figure 13.  Comparison of ability to track deck motion between different control structures

    图 14  不同控制结构着舰点纵向散布对比

    Figure 14.  Comparison of longitudinal distribution of touchdown points between different control structures

    表  1  100次着舰仿真纵向散布统计结果

    Table  1.   Longitudinal deviation statistic results of 100 carrier landing simulations

    控制结构类型 着舰偏差均值 着舰偏差均方根 理想着舰次数 允许着舰次数 着舰成功率/
    %
    DFC -1.84 3.97 80 100 100
    常规 10.04 10.53 30 57 57
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-08-23
  • 录用日期:  2016-11-04
  • 网络出版日期:  2017-09-20

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