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飞行控制模态种类和关键技术问题

发布日期:2017-05-21我要投稿我要评论

现代飞行,无论军用还是民用、有人机还是无人机,通过在电传操纵系统中加入适当的前馈和反馈网络,完全可以改变飞机本身的输入/输出特性,使其具有不同的飞行品质,以适应在不同飞行阶段执行不同飞行任务的需要,从而形成现代飞行控制中的多种任务多模态控制技术或系统。
  多模态控制比较广泛的定义是:系统具有一组不同的控制规律并且该组控制规律使被控飞机在不同的运行模态下,具有预定的性能规范要求。无人机的运行模态与飞行的动力学特性以及它的运行环境有关。通常,无人机的运行模态可分为任务模态、内部模态和外部模态3类。
  (1)任务模态。无人机在执行飞行任务过程中,都要经过许多不同的运行模态。例如,在初稿董雷任务中,一架先进无人机要完成起飞、高空巡航、低高度突防、目标攻击、目标模拟、空战机动、低高度推出以及动力进场和着陆等动作。一般说来,在这些模态中,为达到希望的性能,不同的运行模态需要采用不同的控制规律。而这些期望的性能不仅包括指令信号的精确跟踪,同时还可能包括最优导航、最优燃料消耗及最大梁海性等性能要求。
  (2)内部模态。无人机本身内部模态主要是指,由于燃料的消耗、任务设备(红外、可见光模拟设备、攻击武器等)的释放及质量的改变等的影响,在不同任务阶段飞行的动态将要发生变化,使得系统处于不同的飞行模态。除此之外,更为香要的是系统的故障模态,因为飞行关键的分系统或部件的故障将会引起系统重要性能的降低。这些故障包括各类传感器、执行结构(舵机、油门电机)及发动机故障等。针对这些内部模态,尽然要求无人机飞控系统具有不同的控制策略。当前快速发展的用于先进飞机故障监测与识别的自适应控制方法,以及可以处理飞行关键分系统中多个同时故障的综合方法,就是为适应这些故障模态控制需要而发燕尾服的控制策略。
  (3)外部模态。当无人机所处的环境发生未预料的变化而引起系统工作模态的变化(包括受到非常大的外部扰动、战斗操作及突然出现的威胁等)时,需要形成新的工作模态。发展广泛的自主智能飞行控制策略、可保障遇到任何未预料的运行模态,系统仍能达到所期望的目标。
  在国外飞控系统发展过程中多模态控制也午到了极大地发展。无论是有人机还是无人机都采用了多任务、可剪裁的多模态控制规律。例如,为了适应飞机起飞、巡航以及不同空战任务的需要,设计了正常运行模态(用于起飞、巡航到着陆的整个飞行包线,也包括次要飞行任务)、空对空射击模态、空对地设计模态以及空对地轰炸杜模态,还有靶标模拟模态等等。为了提高系统可靠性和安全性,还设计了控制率重构模态和独立血仇控制模态,前者的目的是在系统某些传感器、某些执行机构失效后采用新的控制结构和控制律,后者是在主控系统发生故障时切换到备用控制系统,这样尽管性能和飞行品质将降级,但飞行是安全的。
  设计多模态控制系统压岁要解决的关键问题是:①如何确定和划分飞行控制系统的控制模态;②如何实现复杂的多模态控制管理;③如何减少和抑制不同模态控制规律转换时飞行的瞬态响应。
 
本文链接:https://www.81uav.cn/tech/201705/21/404.html
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