● 摘要
现代飞机对于任务包线、经济性、安全性和乘坐品质提出了更高的要求。变重量/重心飞机建模与控制的研究对于飞机完成任务的性能、降低油耗以及飞行安全、飞行品质的提升都具有重要意义。本文以变重量/重心飞机为背景，重点研究了飞机在重量、重心变化下建模与姿态控制问题。1、提出并建立了变重量/重心飞机的一般动力学模型和重量、重心特性模型。该模型可以反映重量、重心动态变化与飞机运动的耦合，以及由此引起的干扰力和干扰力矩，解决了现有模型无法处理飞机重心动态变化的问题。2、基于干扰观测补偿的思想，将重量、重心变化转化为干扰输入，在飞机线性化模型的条件下运用比例积分观测器设计了纵向干扰力矩的观测器，并将补偿信号引入常规自动驾驶仪中，极大改善了自动驾驶仪在飞机重量、重心改变下的效果，实现了变重量/重心飞机的纵向姿态控制。3、对自抗扰控制器在飞机姿态控制系统中的应用进行了深入的研究，提出了基于扩张状态观测器与模型跟踪控制的非线性姿态控制器设计方法，所改进的自抗扰控制器克服了在飞行控制系统中的调参困难，控制器证明较为复杂的缺陷，且具备良好的三轴解耦与干扰补偿能力。在常规跟踪性能评价与大气扰动下的性能评定中，该控制器均表现出良好的飞行品质。4、构建了基于RT-LAB的实时仿真平台，研究了其与飞行模拟软件FlightGear的接口，实现了变重量/重心飞机模型和姿态控制器飞行仿真的实时化与可视化。仿真结果表明所设计的控制器满足实时性的要求，能够快速准确跟踪控制指令，准确补偿重心渐变及重量、重心突变对姿态的影响，且对于大气扰动、力矩干扰和通道间的耦合具有很好的抑制。
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