【摘 要】
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固定翼飞行器的飞控系统通常会遇到气动系数的不确定性、外界扰动和时滞性等情况,在大攻角飞行时尤为突出。因此,本文基于数据公开的F-16作为研究对象,设计了两种具有抗扰能力的控制器,并进行了飞行仿真验证,实现了控制系统的稳定性和鲁棒性。主要工作及特色如下:传统非线性动态逆（Nonlinear Dynamic Inverse,NDI）控制器易受到未知扰动和空气动力学不确定性的影响,造成了飞行器的飞行品质
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固定翼飞行器的飞控系统通常会遇到气动系数的不确定性、外界扰动和时滞性等情况,在大攻角飞行时尤为突出。因此,本文基于数据公开的F-16作为研究对象,设计了两种具有抗扰能力的控制器,并进行了飞行仿真验证,实现了控制系统的稳定性和鲁棒性。主要工作及特色如下:传统非线性动态逆（Nonlinear Dynamic Inverse,NDI）控制器易受到未知扰动和空气动力学不确定性的影响,造成了飞行器的飞行品质下降。因此,提出了一种基于自适应积分滑模（Adaptive Integral Sliding Mode,AISM）改进的三环NDI控制器。首先,利用奇异摄动理论将F-16的运动模型分成了速度回路、姿态回路及角速度回路,并对每个回路设计了AISM/NDI控制器,通过将AISM控制器与NDI控制器相结合,以进一步增强对不匹配扰动的鲁棒性。然后,利用李雅普诺夫函数证明了AISM/NDI控制器的稳定性;虽然AISM/NDI控制器保证了飞行器大攻角飞行的飞行品质,但是不能解决飞行控制系统的时滞问题。因此,针对传统控制器的抗扰能力差和时滞问题,设计了姿态回路和角速度回路的一阶自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）,同时,为了整定ADRC参数,设计了自适应遗传算法改进的粒子群（Adaptive Genetic Algorithm-Particle Swarm Optimization,AGA-PSO）算法;基于上述工作,经仿真验证,本文提出的两种控制器较传统的NDI控制器有显著改善。为进一步验证上述工作的有效性,搭建了固定翼飞行器的软件在环仿真平台,通过该仿真平台实现了飞行器大攻角机动飞行仿真。仿真结果表明,所设计的控制器均有良好的控制效果。本文所设计的控制器具有较好的理论和工程应用价值,可为固定翼飞行器的控制系统设计提供参考。
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