基于隐身特征的多操纵面飞行器控制分配方法研究

Mordern advanced multi-effectors aircraft flight control law is difficult to design, and how to coordinate different effectors' deflection to realize stealth requirement is one of the problems desiderating to be solved. As control allocation technology is an effective way to design and analyze multi-effectors aircraft redundancy control system, this project is to research about relevant key fundamental science problems of multi-effectors aircraft cascaded control system, explore coupling nonlinear dynamic characteristics of typical effector combination deflection,such as all moving tip,split rudder, and create effector nonlinear mathematic model by Fluent fluid computing software. Based on the work mentioned above, considering effector deflection stealth mechanism and combining actuator nonlinear dynamic and physical constraint, an effective dynamics control allocation mechanism is designed, meanwhile, different effector control efficiency and control law is researched.Then, we will discuss the stability mechanism of main loop, serve loop,and cascaded control system, analyze the relation between virtual control law, control allocation and actuator mathematic model, and solve difficult problems in designing effector combination deflection cotrol law satisfying aircraft stealth requirement. For developing our country mordern multi-effectors aircraft, the project research results is of important guiding significance and application value.

现代先进多操纵面飞机飞行控制律设计难度大，而如何协调操纵面组合偏转实现飞机隐身要求是国际航空领域亟待解决的重点难题之一。控制分配技术是设计和分析多操纵面飞机冗余控制系统的有效途径。本项目针对多操纵面飞机级联飞控系统的相关关键基础科学问题展开研究，探索全动翼尖、开裂式方向舵等典型操纵面组合偏转条件下的耦合非线性动力学特性，运用Fluent流体计算软件建立操纵面的非线性数学模型；基于此考虑操纵面偏转的隐身机制，结合执行机构的非线性动态以及物理约束，设计动态控制分配器实现操纵面指令的有效分配，研究不同操纵面的控制效能以及控制规律；探讨主环控制系统、伺服环控制系统以及级联闭环系统的稳定机理，分析虚拟控制律、控制分配器以及舵机动态模型之间的关系，解决多操纵面飞机满足隐身要求时的舵面组合偏转控制律设计难题。项目研究成果对我国发展先进多操纵面战斗机具有重要的指导意义和应用价值。

现代先进飞机普遍配置了多组创新型操纵面，采用控制分配技术协调操纵面组合偏转实现飞机隐身要求是国际航空领域关注的重点难题。本项目围绕基于隐身特征的多操纵面控制分配关键基础科学问题，深入分析了多操纵面飞行控制系统的特点，系统地研究了组合偏转非线性动力学特性、含隐身特征的非线性动态控制分配、级联飞行控制系统的稳定机理。针对项目的三个研究内容，研究结果分别包括：.（1）提出了具有高隐身特征的飞翼构型和多操纵面布局方案，研究了升降副翼、嵌入式阻力舵、开裂式方向舵等操纵面组合偏转的交叉耦合效应和组合规律。建立了多操纵面飞机电液舵机伺服作动系统的非线性动力学模型，基于鲁棒自适应神经网络分别提出了含执行机构死区、间隙、迟滞的仿射和非仿射非线性跟踪控制方法。.（2）研究了隐身特征的计算方法，探索了操纵面隐身特征随舵偏角的变化规律。提出了基于隐身特征的控制分配模态参数设计方法，通过舵面优先级人工选择控制参数实现隐身控制性能指标，揭示了控制参数与出舵量的内在交联关系。提出了一种适用于隐身特征优化的多操纵面变参数动态控制分配策略，建立了自适应调整控制参数的线性矩阵不等式模型，可综合考虑执行机构的非线性动态和物理约束实现操纵面指令的有效分配。进一步研究了操纵面存在交叉耦合非线性的动态控制分配策略。.（3）研究了执行器非线性和操纵面故障条件下的“主环+伺服环”级联控制系统稳定机理。考虑执行器死区或齿隙非线性，基于加权伪逆分配提出了一种多操纵面飞机鲁棒自适应神经网络跟踪控制方法，证明了非线性级联控制系统闭环稳定。考虑外部干扰、诊断误差及重构时滞，主环提出了一种积分滑模鲁棒容错飞行控制律，伺服环提出了一种含物理约束的自适应加权伪逆分配律，研究了级联控制系统的闭环失稳模式。.项目研究成果可为多操纵面飞行器控制分配系统设计提供有效的理论支撑，为我国发展先进多操纵面飞行控制系统提供新的思路与方法。