● 摘要
无人作战飞机因其自身特点和作战环境的要求，需要具备较高的机动能力，所设计的控制器应能够适应不同的期望轨迹和外部环境及内部状态的变化，精确跟踪飞行管理系统中的轨迹生成模块所生成的机动轨迹，这对无人作战飞机飞行控制系统的性能提出了很高的要求。 现代无人作战飞机普遍采用多操纵面的新型气动布局，根据飞行条件和飞行任务的不同需求对操纵面进行合理分配，可以增加系统的可靠性，提高无人作战飞机的机动性能和战场生存能力。因此，无人作战飞机的多操纵面控制分配问题已成为无人作战飞机飞行控制系统设计中的关键问题。 本论文主要针对无人作战飞机的大机动轨迹精确跟踪问题与多操纵面控制分配问题进行系统深入的研究。主要内容包括： 根据无人作战飞机机动轨迹精确跟踪控制系统的功能需求，提出了无人作战飞机机动轨迹精确跟踪控制系统设计总体方案，该方案包括了基于动态逆加自适应神经网络的姿态回路控制器设计和基于逆动力学与模糊控制的制导控制器设计。 建立了无人作战飞机的非线性数学模型。 利用奇异摄动理论结合非线性动态逆方法设计姿态回路控制器，构建在线神经网络补偿模型的逆误差。姿态回路包括了快回路和慢回路的设计内容。并进行了姿态回路控制效果的仿真验证，仿真结果表明姿态回路控制器设计是成功的。进行了无人作战飞机的制导回路的研究，提出了一种新的基于逆动力学的前馈制导控制器设计方法和基于模糊调参的反馈制导控制器设计方法。该方法直接利用给定的轨迹指令信号，通过逆动力学方法求解相应的前馈姿态指令。用于修正前馈指令，反馈控制器采用模糊调参方法进行设计。并进行了无人作战飞机轨迹跟踪系统跟踪盘旋爬升机动轨迹和蛇形机动轨迹的仿真验证，仿真结果表明该方法相对简单，易行，能够控制飞机精确跟踪指定的期望轨迹。 指出了现有控制分配方法存在的局限性，在此基础上提出了多目标非线性控制分配方法。同现有方法不同之处在于，该方法不依赖于广义操纵面偏转与产生的力矩之间的线性假设，直接处理两者之间非线性映射关系，并充分利用冗余操纵面，实现不同飞行条件和任务下对多种目标的综合权衡分配，能直观体现决策者的偏好与意图。该方法还能很好的处理故障情况下的控制分配问题。 建立了多目标非线性控制分配的仿真模型，并针对1）非线性控制分配与线性控制分配结果比较；2）多目标非线性控制分配方法；3）故障多目标非线性控制分配方法进行了仿真分析，验证了提出的多目标非线性控制分配方法在工程上的实用性及优越性。