旋翼固定翼复合式飞行器自愈合飞行控制方法

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旋翼固定翼复合式飞行器是介于直升机和固定翼飞机之间的飞行器,兼具直升机垂直起降、空中悬停和固定翼飞机高速飞行的优点。由于旋翼固定翼复合式飞行器结构特点决定其具有更多的冗余操纵面,因此故障下的自愈合控制是非常具有研究意义的课题。本文以旋翼固定翼复合式飞行器中较为复杂的倾转旋翼机作为研究对象,研究了当发生系统故障(如结构老化、损伤)和执行机构故障时的自愈合控制。本文首先采用分体法建立了旋翼固定翼复合式飞行器的非线性飞行力学模型。对非线性模型进行配平计算并在配平点上利用小扰动法得到了线性化模型,同时在配平点计算了各个操纵面的操纵功效,分析了飞行器的自愈合控制能力,并制定了自愈合控制策略。其次考虑飞行器可能发生的故障类型(系统故障和执行机构故障),由于模型参考自适应控制针对不确定性或出现未知故障的系统具有良好的控制效果,因此本文基于模型参考自适应理论设计了自愈合控制器,不仅使系统在发生故障后能够渐进稳定,还实现了可调系统对期望系统的稳定跟踪并进行了全数字仿真,仿真结果表明了自愈合控制器的有效性。最后为了对方法有效性进一步验证,本文搭建了硬件在回路仿真实验平台。开发了飞行控制器软硬件和仿真地面站软件,其中仿真地面站具有数据显示、数据记录、故障注入、曲线绘制等功能,实现了飞行控制器和仿真地面站的联合硬件在回路仿真,也进一步验证了本文所设计的自愈合控制器的有效性。
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