強(qiáng)渦流擾動(dòng)下硬式空中加油受油機(jī)的建模與控制.pdf

1、空中加油能為飛行中的飛機(jī)補(bǔ)充燃油，有效提高飛行效能。隨著空中加油技術(shù)的不斷發(fā)展，空中加油技術(shù)已成為航空領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)之一?？罩屑佑头譃檐浭胶陀彩絻煞N方式，其中硬式加油相較于軟式加油具有輸油速度更快，對(duì)接更便捷，隱身性能更好的優(yōu)勢(shì)。因此，以大型運(yùn)輸機(jī)為平臺(tái)，研制硬式空中加油技術(shù)，對(duì)我國空中加油能力的提升具有重要意義。本文對(duì)在硬式空中加油對(duì)接和加油階段，處于復(fù)雜氣流場中的受油機(jī)進(jìn)行了建模和控制研究。
　　首先，針對(duì)硬式空中加油對(duì)接

2、和加油過程中受油機(jī)所處的復(fù)雜氣流場進(jìn)行了詳細(xì)分析，分別為加油機(jī)尾渦流場，加油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴流，大氣湍流。根據(jù)每種氣流場的特性建立了相應(yīng)的氣流場數(shù)學(xué)模型，并分別進(jìn)行仿真得出了各氣流場的分布，通過理論相應(yīng)地分析了各氣流場將對(duì)受油機(jī)產(chǎn)生的影響。
　　其次，推導(dǎo)了航跡坐標(biāo)系下帶擾動(dòng)的受油機(jī)非線性模型。在設(shè)定的硬式空中加油飛行狀態(tài)下，對(duì)受油機(jī)模型進(jìn)行了配平。在受油機(jī)模型中分別加入等效風(fēng)速度和等效風(fēng)梯度干擾，進(jìn)行仿真分析得出了受油機(jī)在各種干擾下

3、的響應(yīng)過程。
　　再次，在平衡點(diǎn)處對(duì)受油機(jī)非線性模型進(jìn)行了小擾動(dòng)線性化，在得到的線性模型中加入了目標(biāo)誤差的積分量進(jìn)行擴(kuò)維，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了基于比例積分的最優(yōu)線性二次型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在基于比例積分的最優(yōu)線性二次型控制系統(tǒng)作用下，分別對(duì)受油機(jī)線性模型和非線性模型中進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示兩者的響應(yīng)過程基本一致。
　　隨后，以受油機(jī)的非線性模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了非線性動(dòng)態(tài)逆控制系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了考慮干擾之后的制導(dǎo)律和滑模干擾觀測

4、器。對(duì)不同控制策略作用下的受油機(jī)抗干擾性能進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，得出結(jié)論加入滑模干擾觀測器且在制導(dǎo)律中引入干擾項(xiàng)后，動(dòng)態(tài)逆控制系統(tǒng)的魯棒性能大幅提升。將其與LQR-PI控制作用下的受油機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行比較可得在本文仿真環(huán)境下基于滑模的動(dòng)態(tài)逆控制系統(tǒng)的抗干擾性能比LQR-PI控制系統(tǒng)好，但其軌跡追蹤的動(dòng)態(tài)性能比LQR-PI控制系統(tǒng)差。
　　最后，針對(duì)受油機(jī)與加油機(jī)在對(duì)接中可能會(huì)出現(xiàn)的不同對(duì)接路徑，分別對(duì)LQR-PI控制系統(tǒng)和基于滑模的非線性

5、動(dòng)態(tài)逆控制系統(tǒng)作用下的受油機(jī)進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示在硬式空中加油對(duì)接和加油階段，受油機(jī)所處的尾流場環(huán)境下，基于滑模的動(dòng)態(tài)逆控制系統(tǒng)抑制尾流場干擾的性能整體比 LQR-PI控制系統(tǒng)好。同時(shí)，分別在輕度、中度和重度的大氣湍流干擾下，對(duì)兩種控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。結(jié)果顯示在輕度和中度大氣湍流干擾下，兩種控制系統(tǒng)均能有效抑制大氣湍流擾動(dòng)；在嚴(yán)重大氣湍流干擾下，基于滑模的動(dòng)態(tài)逆控制系統(tǒng)仍能抑制大氣湍流擾動(dòng)，而LQR-PI控制系統(tǒng)已失效。最后，根據(jù)上述在結(jié)論