推力矢量技术是21世纪战斗机必须配备的技术之一,它对飞机性能可以产生很大的益处,国外对推力矢量飞机进行了飞行验证,结果表明使用推力矢量是及其有效的。推力矢量使飞行包线得到扩展,特别是在过失速机动大迎角状态下飞行,比在常规飞行状态下对飞机产生了更大的非线性气动耦合,非常需要自适应飞控系统在线适应推力矢量飞机在不同飞行条件下气动参数变化情况,因此自适应飞控系统应是下一代战机配合推力矢量使用飞控系统发展的方向。自修复飞控系统逐渐在飞机上开始使用,目前对这种控制系统的性能,国外正处于试飞验证阶段,而我国在“九五”期间作过地面“铁鸟”验证自修复飞控系统的功能,“十五”期间我国将继续研究自修复飞控系统,因此,将自修复功能融入间接自适应飞控系统中,将会进一步扩展飞控系统对故障适应飞行的功能,进一步提高飞机飞行的安全性和可靠性。基于此,本文提出了具有自修复功能的推力矢量飞机间接自适应飞行控制系统作为我国第四代推力矢量战机的新型飞控系统,它也是本文研究的主要内容。研究课题背景为: ● “十五”国防预研项目:先进飞行控制及火/飞/推综合控制技术。 ● 横向研究课题:先进飞行控制系统及其关键技术。 本文的研究目标为: ● 开发具有自修复功能的推力矢量飞机间接自适应飞行控制系统的控制系统间接自适应控制算法,包括鲁棒控制器和适应在线辨识算法,满足对飞机模型参数发生很大变化时的适应控制要求; ● 在间接自适应飞行控制系统基础上开发出自修复重构控制功能,满足对飞机故障后重构控制的要求; ● 研究推力矢量在不同飞行条件下的作为一种冗余控制舵面具有的功能。 ● 分析具有自修复功能的推力矢量飞机间接自适应飞行控制系统作为一个完整系统所具有的各种性能,分析各模块功能及调用逻辑关系。 基于以上对飞控系统发展趋势分析和研究目标内容,本文主要研究工作和创新处有: 1.本文分析了具有自修复功能的推力矢量飞机间接自适应飞行控制系统的结构功能特点,并指出使用此飞控系统的原因。对此飞控系统实现的软硬件配置进行了说明。根据某验证机在无故障和舵面发生故障情况下风洞数据,推导出推力矢量飞机仿射非线性运动方程和含故障情况的气动方程模型,开发出系统数字仿真平台。 2.提出了逐点线性化后退区间优化控制方法对飞机非线性运动形式进行控制。将飞机非线性运动方程在每个采样点线性化为近似线性方程,并综合作动器延迟环节和飞行品质模型完成控制器在线建模过程。提出了后退区间优化控制实现飞机逐点非线性控制,文中对此算法证明了具有鲁棒性和稳定收敛性能。 3.提出了改进序列最小二乘算法实现在线飞行参数辨识,文中定义算法结构,推导出适于在线递推的辨识方程,对这种算法的稳定性、收敛性和有界性进行理论分析。 4.提出了等价空间算法、传感器信息融合技术和概率统计理论实现在线故障检测隔离算法。使用等价空间法,在线获得飞行状态的残差系列,并根据概率统计理论推导了用于住线检测、校验和隔离算法以及投影向量、门限计算公式,实现在线故障检测功能。 5.将FDT模块融入间接自适应重构控制系统中综合为具有自修复功能的推力矢量飞机间接自适应飞行控制系统,用多种飞行条件下的仿真验证此飞控系统的性能和各模块算法的性能,结果证明了此飞控系统是一个完整的,鲁棒的,收敛的系统。 6.提出飞机控制效能概念作为评估飞机舵面最优配置的方法,提出了MOORE-PENROSE