模型預(yù)測(cè)控制方法在預(yù)防Ⅱ型飛行員誘發(fā)振蕩上的應(yīng)用研究.pdf

1、飛行安全一直是航空領(lǐng)域關(guān)注的首要問題，而飛行員誘發(fā)振蕩（PIOs）是一種廣為人知、后果慘重的飛行事故，會(huì)嚴(yán)重威脅到飛行安全。因此，如何預(yù)防PIOs現(xiàn)象是飛行領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的研究任務(wù)。歷來發(fā)生的許多典型、嚴(yán)重的PIOs大多是由速率限制器引發(fā)的Ⅱ型PIOs?，F(xiàn)代人-機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)中，為保護(hù)機(jī)械設(shè)備性能，需要配備速率限制器，但速率限制器對(duì)輸入信號(hào)速率有固定限制范圍，當(dāng)輸入信號(hào)速率遠(yuǎn)大于速率限制器的限制值時(shí)，速率限制會(huì)被激活，造成輸出幅值降低、并產(chǎn)

2、生附加的相位滯后，從而導(dǎo)致飛行員判斷失誤、過分反復(fù)操作，引發(fā)Ⅱ型PIOs。
　　本文針對(duì)人-機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，基于模型預(yù)測(cè)控制（MPC）理論設(shè)計(jì)了控制器。利用MPC算法能夠?qū)⑾到y(tǒng)約束考慮在內(nèi)、同時(shí)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，將速率限制器的限制條件轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)輸入的約束條件進(jìn)行處理，從而能夠保證輸入值在合理范圍內(nèi)，進(jìn)而克服限制器的負(fù)作用，從根本上杜絕Ⅱ型PIOs的發(fā)生。本文從兩個(gè)方面全面驗(yàn)證了MPC控制器在預(yù)防Ⅱ型PIOs上的有效性和可行性。

3、r>　　首先，選取較常見的增益飛行員模型，Neal-smith飛機(jī)模型來建立人-機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，并基于Matlab平臺(tái)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)控制器的編程設(shè)計(jì)和仿真。在正弦輸入信號(hào)作用下，分析了控制器對(duì)系統(tǒng)相位的影響，結(jié)果表明，MPC控制器能使系統(tǒng)相位相對(duì)于輸入有所超前，在一定程度上補(bǔ)償了由速率限制引發(fā)的相位滯后現(xiàn)象。改變?cè)鲆骘w行員模型取值，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域響應(yīng)分析。發(fā)現(xiàn)未發(fā)生振蕩時(shí)，MPC控制器作用不明顯，但當(dāng)振蕩出現(xiàn)時(shí)，MPC控制器能快速且有效地對(duì)振

4、蕩進(jìn)行抑制，并消除系統(tǒng)誤差，MPC方法用于抑制Ⅱ型PIOs的可行性得到了初步驗(yàn)證。
　　此外，基于Simulink仿真平臺(tái)，分別針對(duì)由不同的飛機(jī)模型與飛行員模型組成的閉環(huán)系統(tǒng)，將MPC控制器與其他四種抑制器（如DASA抑制器，RLF抑制器等）進(jìn)行了相位補(bǔ)償效果和階躍響應(yīng)對(duì)比。仿真結(jié)果顯示，相同輸入信號(hào)及飛行條件下，MPC控制器對(duì)系統(tǒng)的相位補(bǔ)償效果明顯好于其他四種抑制器，且系統(tǒng)響應(yīng)較好。在美國(guó)空軍標(biāo)準(zhǔn)（ML-STD-1797A）規(guī)定