● 摘要
飞机在飞行过程中，诸多因素均会导致飞机重心发生大范围、复杂的变化，从而引起飞机本身的控制特性发生变化，使得控制系统设计更为复杂。本文以解决各种重心变化情况下的飞机控制问题为目的，建立考虑重心动态变化过程的飞机六自由度非线性模型，研究面向重心变化的先进飞行控制律设计方法。 首先建立考虑重心动态变化过程的飞机六自由度非线性模型。本文将坐标原点固定在原机体重心处，把重心当作一个变化参数。所建模型可描述重心瞬变和渐变动态变化对飞机运动特性带来的影响。最后进行了重心变化飞机的动力学特性分析。 针对重心变化影响飞机运动特性的问题，提出了一种面向重心变化的非奇异快速终端滑模自适应控制律设计方法。该方法将快速非奇异速终端滑模与自适应控制方法相结合，应用连续吸引子有效消除了抖振现象，以及非线性自适应律很好地补偿重心偏移引起的系统不确定，并结合Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真验证了该控制器可以快速精确跟踪控制指令。 针对重心变化情况下系统不确定性增大的问题，研究了面向重心变化的预估模型参考自适应控制律设计方法。该方法的核心思想是设计控制量使得被控系统的状态量等于动态逆回路中的期望值，再构建观测器观测被控系统的状态量，从而形成了双误差信号，可进一步提高系统对重心偏移的适应能力，提高系统的控制精度。仿真结果表明：该方法对重心变化具有较强的抑制不确定的作用，系统响应能很好地跟踪指令信号。 最后分别将本文所设计两种控制律分别与非奇异快速终端滑模、参考自适应进行对比分析，在重心瞬变、渐变、不同偏移量等各种变化情况下仿真验证两种控制律的有效性。仿真结果验证了本文所设计的两种控制律对重心变化造成的系统干扰都具有很好的抑制作用，并且非奇异快速终端滑模自适应控制律表现出更好地对重心瞬变的适应能力。