● 摘要
阵风载荷减缓系统是目前民用飞机大量使用的主动控制功能之一，它能改善乘座品质和减轻结构载荷。国外的A320和B777都采用了阵风载荷减缓系统。本文针对CJ818进行了阵风载荷减缓技术的相关研究，建立了包含紊流影响的动力学方程，得到状态方程的表达式。采用Dryden模型进行了紊流的数值仿真，利用白噪声通过成形滤波器生成符合要求的大气紊流信号。 本文分析了CJ818的动力学特性，并就其大气响应进行了分析，研究表明垂直紊流分量的影响是其产生法向过载增量的主要影响因素，法向加速度是影响乘座品质的最主要因素，因此阵风载荷减缓系统设计的关键是缓和垂直阵风引起的过载增量。 本文利用古典控制理论设计了CJ818的纵向增稳系统，分析了其在大气紊流中的响应，得出的结论表明纵向增稳系统只能够有限地缓和垂直紊流引起的法向过载，而且对垂直紊流梯度引起的法向过载没有缓和效果,因此开发基于直接力控制的阵风载荷减缓系统是很必要的。 本文基于输出反馈的特征结构配置方法，对飞机的状态方程进行了解耦，实现了直接升力控制的垂直平移模式。在此基础上，采用副翼作为直接升力面来响应阵风干扰下的升力变化，通过法向过载信号反馈给副翼来产生直接升力，通过俯仰角速度信号反馈给升降舵来平衡副翼产生的力矩变化，设计了阵风载荷减缓系统。Matlab/Simulink仿真结果表明该系统能有效地减小垂直紊流引起的法向过载。 最后，本文基于最优控制理论，给出了阵风载荷减缓系统LQG／LTR多变量控制器设计方法。首先对卡尔曼滤波器进行设计，以使其估计精度及奇异值曲线均能较好地满足性能要求，在此基础上计算最优反馈增益矩阵，以满足LTR的要求。此外，本文尝试根据系统回差矩阵的最小奇异值理论和通用相角—幅值裕度估算图来估计系统的稳定裕度,结果表明系统具有良好的鲁棒性。Matlab/Simulink仿真结果表明，该控制器能有效减缓阵风引起的飞机法向过载，对飞机姿态角变化也有很好的抑制作用。