题目：变体飞机建模与控制方法研究

 变体飞机是一种能够改变外形、以适应不同的飞行环境、改善空气动力学特性的飞行器。它具有飞行环境变化大，飞行任务多，外形状态多变等特点。因此动力学模型非线性特性严重，且具有较强的不确定性。另外，变体飞机在飞行过程中进行结构变形时是一个时变的系统，难以进行控制。本文针对上述关于变体飞机建模与控制的问题，主要开展以下方面的工作：

       1.建立了变体飞机的多刚体动力学模型。针对能够进行外形结构变化的变体飞机，考虑由变形引起的气动力与力矩、惯性力与力矩，从动力学基本方程式出发，利用空间质点运动学及动力学，建立变体飞机多刚体模型运动方程，并通过质点系假设对多刚体模型运动方程进行简化，得到的质点系假设条件下的多刚体动力学模型。

       2.基于线性小扰动的方法建立了纵向短周期动力学模型，并对其动态特性进行了分析。基于变体飞机多刚体动力学模型，建立了变体飞机“火蜂”的纵向短周期动力学方程。通过小扰动的方法线化短周期动力学方程，建立了变体飞机的子系统状态空间模型，并分析了变体飞机子系统的动态特性。

        3.基于最优二次型和切换理论设计了最优切换控制系统。以最优二次型和切换系统为理论基础，针对变体飞机“火蜂”的纵向短周期状态空间模型，对每个设计点处的子系统设计控制器；通过全局切换控制律，综合所有的子系统控制器，设计得到变体飞机最优切换控制系统，并对其稳定性进行了分析；最后，以最优切换控制系统为基础，分别针对线性开闭环系统、非线性开闭环系统进行了仿真验证。仿真结果表明该控制系统下变体飞机在变形过程中能够平稳快速切换，有较好的抗迎角扰动能力。

       4.基于模型参考、跟踪和切换理论设计了模型参考跟踪切换控制系统。以状态反馈与极点配置为理论基础，针对变体飞机“火蜂”的纵向短周期状态空间模型，对子系统设计了控制器；结合模型参考理论、跟踪控制理论、切换理论和自适应控制理论，设计了变体飞机的模型参考跟踪切换控制系统，并对其稳定性进行了分析；通过Matlab对该系统的控制效果进行了仿真验证。仿真验证的结果表明变体飞机在模型参考跟踪切换控制系统的控制下，动态响应特性良好，可以准确的跟踪指令信号。