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词条 动态逆
释义

反馈线性化的基本思想就是利用全状态反馈抵消原系统中的非线性特性,得到输入输出之间具有线性行为的新系统(称之为伪线性系统),从而可以应用线性方法对新系统进行综合。反馈线性化方法与其它方法相比,其主要特点是不依赖于非线性系统的求解或稳定性分析,而只需讨论系统的反馈变换,因而它具有一定的普遍性。理论、仿真及试飞验证都表明,非线性动态逆控制的优点有:

可广泛用于不同的飞行器模型;

在整个设计周期中,其设计具有很大的灵活性以适应飞机模型的变化;

能够满足像大迎角、超机动这样的非常规控制要求。

需要指出的是,反馈线性化方法也有一定的局限性,它要求系统的非线性部分为解析的,或是某种程度的连续函数。换句话说,采用反馈线性化方法实现非线性系统的精确线性化是基于对象具有精确的数学模型基础上的。然而,任何数学模型都不可能完全反映实际的物理对象,建模误差是不可避免的。因此,单独采用非线性动态逆方法设计的飞行控制系统将不能解决所谓的鲁棒性能问题,即在受控对象数学模型存在不确定性的情况下,系统性能仍能达到设计要求[10]。

下面对国外在这一研究领域内的研究现状做简单介绍和分析。

1989年Minnesota大学的Snell,Enns和Garrard等人以某型超机动飞机为研究对象,利用基本的线性方法设计了增益调度、比例加积分的控制器,结果表明在常规飞行条件下该控制器性能良好,但在过失速机动特别是在大迎角情况下,控制器性能恶化。因而作者指出必须引入非线性动态逆方法设计的控制器,以便利用状态反馈抵消动力学方程中的等非线性项的作用。另外,作者还建议对 这样的因素在横航向动力学中的影响进行评估。

1992年Bugajski和Enns提出了飞行控制系统设计的一般性框架,其核心是几个用动态逆方法设计的结构块,照此思路,作者以一架HARV飞机为研究对象进行了控制律设计,并通过一超机动仿真验证了该控制律具有良好的指令跟踪性能。

同年,Snell,Enns和Garrard介绍了怎样应用非线性动态逆方法进行超机动飞机的飞行控制系统设计,首先是根据奇异摄动理论将飞机动力学划分为快变量和慢变量两个层次,然后应用非线性动态逆方法分别设计快变量回路控制器和慢变量回路控制器。此外,作者还将所设计的非线性动态逆飞控系统与常规的增益调度飞控系统做了性能方面的对比,结果表明,在横向加速、侧滑以及控制面的偏转方面前者都优于后者。最后,作者在结论和展望部分指出大迎角机动状态下建模误差以及严重的非定常气动力效应使得动态逆控制律存在着鲁棒性差的问题,并希望在此方面能有所突破。

2000年,范子强、方振平应用非线性动态逆理论进行战斗机过失速机动条件下飞行控制律设计,首先根据奇异摄动理论将受控状态变量分为快变量和慢变量两个层次,快变量为三个角速度,慢变量为迎角、侧滑角和滚转角,然后根据非线性动态逆理论分别对内环和外环进行设计,其中外环控制器的输出作为内环控制器的输入指令。最后对所设计的飞行控制律利用过失速机动仿真来加以验证,结果表明该飞行控制律完全能够在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行。

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更新时间:2024/12/23 7:01:55