题目：三维航迹规划及大包线边界系统设计

随着国际和国内民用航空领域的快速发展，对于民用飞机的安全性能、操纵性能、飞行品质等要求将越来越高。航迹规划技术作为飞行控制系统的一部分，为飞机提供规划环境内任务需求、安全、距离等综合因素的最优航迹。航迹规划算法将已规划好的航路信息输出给飞行员或自动驾驶仪，通过电传飞控系统对飞机进行操纵来跟随规划航迹。在飞机的飞行过程，出于安全需求，重要飞行参数的边界限制得到了越来越多的重视。边界限制系统作为电传飞控系统的一部分，能有效地对飞行过程中的重要参数进行限制，在大大提高安全性能的同时，减轻飞行员的操纵负担。本文的工作主要有任务层面的三维航迹规划和民机电传飞控系统中的边界系统设计两方面。

       针对飞机的三维航迹规划技术方面，首先，根据航迹规划的任务要求，综合考虑任务需求、油耗、不良气候以及飞行区域等因素，建立了规划环境的数学模型，并选用启发式A*搜索算法作为航迹规划的搜索算法。接着给出了航迹规划问题中A*算法代价函数和启发函数的设计，采用三维折距作为启发信息，减小了计算量，提高了搜索算法的效率。最后，针对航迹角度约束、航迹平滑、在线重规划等需求，对所设计航迹规划进行了改进。

       针对飞机电传操纵系统中的边界限制系统设计方面，首先根据飞机的运动学和动力学特性，建立了非线性化的飞机运动方程模型。根据小扰动原理，对所建立的非线性模型在不同的设计状态点进行了纵向通道和横侧向通道的解耦及线性化处理。接着针对所建立的线性模型进行了纵向通道和横侧向通道的边界限制系统设计。针对飞机运动的纵向通道设计了闭环迎角/过载限制的边界限制器，针对横侧向通道设计了滚转角/滚转角速度的边界限制器。最后针对包线内84个飞行状态点进行控制器参数设计，并设计了增益自动调参模块，满足了大包线飞行对于控制器的性能要求。

         仿真结果表明，针对飞机三维航迹规划问题，所设计的航迹规划算法能综合考虑多种因素和任务约束，规划出复杂环境下的最优航迹，在满足飞行任务要求的前提下，大大提高飞机航迹的安全性能。针对大包线边界限制系统的仿真可以看出，边界限制器在对纵向通道的迎角、过载等参数和横侧向通道的滚转角、滚转角速度等参数在飞行包线下起到了很好的边界限制作用时，也获得了良好的响应特性和乘坐品质。