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飞行安全一直是航空领域关注的首要问题,而飞行员诱发振荡(PIOs)是一种广为人知、后果惨重的飞行事故,会严重威胁到飞行安全。因此,如何预防PIOs现象是飞行领域中一项重要的研究任务。历来发生的许多典型、严重的PIOs大多是由速率限制器引发的Ⅱ型PIOs。现代人-机闭环系统中,为保护机械设备性能,需要配备速率限制器,但速率限制器对输入信号速率有固定限制范围,当输入信号速率远大于速率限制器的限制值时,速率限制会被激活,造成输出幅值降低、并产生附加的相位滞后,从而导致飞行员判断失误、过分反复操作,引发Ⅱ型PIOs。本文针对人-机闭环系统,基于模型预测控制(MPC)理论设计了控制器。利用MPC算法能够将系统约束考虑在内、同时保证系统稳定性的特点,将速率限制器的限制条件转变成系统输入的约束条件进行处理,从而能够保证输入值在合理范围内,进而克服限制器的负作用,从根本上杜绝Ⅱ型PIOs的发生。本文从两个方面全面验证了MPC控制器在预防Ⅱ型PIOs上的有效性和可行性。首先,选取较常见的增益飞行员模型,Neal-smith飞机模型来建立人-机闭环系统,并基于Matlab平台进行模型预测控制器的编程设计和仿真。在正弦输入信号作用下,分析了控制器对系统相位的影响,结果表明,MPC控制器能使系统相位相对于输入有所超前,在一定程度上补偿了由速率限制引发的相位滞后现象。改变增益飞行员模型取值,对系统进行时域响应分析。发现未发生振荡时,MPC控制器作用不明显,但当振荡出现时,MPC控制器能快速且有效地对振荡进行抑制,并消除系统误差,MPC方法用于抑制Ⅱ型PIOs的可行性得到了初步验证。此外,基于Simulink仿真平台,分别针对由不同的飞机模型与飞行员模型组成的闭环系统,将MPC控制器与其他四种抑制器(如DASA抑制器,RLF抑制器等)进行了相位补偿效果和阶跃响应对比。仿真结果显示,相同输入信号及飞行条件下,MPC控制器对系统的相位补偿效果明显好于其他四种抑制器,且系统响应较好。在美国空军标准(1797A-STD-ML)规定的正弦跟踪、离散俯仰以及阶跃跟踪任务下,与其他抑制器的跟踪情况相比,MPC控制器能够有效跟踪三种任务,且控制效果较好。MPC方法的有效性进一步得到了验证。