题目：民机自动起飞/着陆四维引导控制一体化技术研究

为了满足高速发展的航空运输需求，提高空域资源使用率，国际民航组织（ICAO）提出了新航行系统（FANS）的概念。新航行系统的核心组成部分是“基于性能导航（PBN）”的新型运行模式，该模式以改进航空系统效率、降低航空运营成本、提高航空运行安全性和空域使用率为目标，将航空机载设备、导航以及先进飞行控制技术紧密结合起来，为民航飞机运行的所有阶段提供更加精确、安全的飞行方法。

出于运营效率和飞行安全的考虑，航路终端区的PBN运行模式对飞机及机载设备的要求最为苛刻，该运行模式的核心目标是有效减少总系统误差（TSE）。在此航段中，飞行技术误差（FTE）是最主要的组成部分，因此，PBN运行模式对未来民机飞行控制系统设计提出新的挑战。本文以减小飞行技术误差为研究目标，针对民机起飞/着陆段四维航迹精确跟踪问题，提出了引导控制一体化的设计思想。控制系统设计以适用于多变量系统设计的LQG控制理论为基础，采用自适应、鲁棒、抗扰动和非线性反馈控制方法完成飞行控制系统设计。论文的主要研究成果如下：

1.建立了民机六自由度动力学模型，结合对象的实际特性，建立了面向控制系统设计的简化模型。由于大气环境因素影响是飞行技术误差的主要来源，本文在合理假设的基础上，对大气环境特性进行了模型化描述。

2.针对大气紊流作用下的飞行控制系统设计问题，提出了基于LQG控制理论的自适应控制方法，设计了飞机四维航迹/姿态一体化控制器。采用回路传递函数恢复（LTR）技术协调设计状态观测器和最优控制律，实现了紊流作用下民机四维航迹精确跟踪。在此基础上，引入自适应投影算子估计非均匀风场导致的气动参数不确定性，并对其作用效果进行补偿。

3.在系统控制受限的条件下，提出了基于非线性状态反馈的变阻尼控制方法。引入非线性状态反馈挖掘系统控制潜力，改善系统的动态品质，降低控制系统设计的保守性。综合考虑飞机舵偏角和舵偏角速率饱和非线性特性，利用增广系统方法将控制约束问题转化为状态约束问题进行研究，给出了基于ILMI的系统稳定性评估算法，为非线性状态反馈控制律设计提供了依据。

4.针对定常风干扰条件下的飞行控制系统设计问题，提出了基于扩张状态观测器的抗干扰控制方法。基于新型鲁棒控制器构型，结合扩张状态观测器和预定增益控制技术，开展了民机抗定常风干扰控制器设计。使用扩张状态观测器对常值风干扰作用和常值风梯度干扰作用进行估计，然后分别采用开环补偿和闭环补偿的方法设计补偿控制律，保证该鲁棒控制器构型能够适用于非线性控制对象，且能够兼顾系统控制性能和鲁棒性。

5.针对民机飞行技术误差评估问题，给出了一种基于闭环飞控系统最大奇异值的飞行技术误差方差上界估计模型及估算方法，为PBN运行精度等级确定和安全间隔划分提供理论依据。

6. 针对民机四维引导控制一体化控制器验证问题，基于MATLAB语言开发了民机飞行控制系统仿真平台，实现了规定气象条件和真实定义航径下的全程进近着陆仿真验证，并根据仿真结果对飞行控制系统性能进行了评估。