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大型民用飞机是我国重大研究专项,在国家工信部“十二五”大型民机科研专项资金资助下,本论文围绕大型民机飞行控制系统中的关键问题,开展了大型民用飞机基于滑模可重构控制和控制分配的可重构控制研究工作,包括建立了 B747小扰动线性化正常和故障模型,提出了滑模可重构控制方法和设计两个带有控制分配的滑模可重构控制方法。具体工作如下: 1、针对大型民机结构故障/损伤情况下的控制问题,提出了滑模可重构控制器来稳定飞控系统。首先、建立了正常模式和故障模式下的B747小扰动线性化模型。其次、设计了滑模可重构控制器同时证明了闭环系统的稳定性。最后、基于B747飞机线性模型进行了仿真,仿真结果表明滑模可重构控制器利用水平安定面对故障的飞机进行重构,重构后飞机保持稳定,指令跟踪等飞机性能下降,舵偏幅值达到位置饱和约束,舵面偏转速率较快。 2、为提高滑模可重构控制器的重构效果,提出了带有固定点迭代控制分配的滑模可重构控制方法。该方法的优点如下:a)把飞机故障影响以状态干扰的形式施加给被控对象,故障建模方法比较利于Matlab仿真。b)该方法简单,有利于实施,计算量小,能够保证全局快速收敛到唯一解从而保证重构的实时性。首先、建立了正常模式和故障模式下B747包含11个控制量的小扰动线性模型,并解耦为纵向和横侧向模型。其次,根据李雅普诺夫稳定性理论证明了该方法在有故障的情况下闭环系统的稳定性,并且给出了稳定的条件。最后,以B747小扰动线性模型为对象,进行了纵向和横侧向、正常和故障情况下的控制仿真。仿真结果表明,该方法不但可以在故障情况下稳定飞机,而且重构的效果更好,获得更好的指令跟踪性能,舵偏比较小。 3、提出了带有主动集控制分配的滑模可重构控制方法以提高重构效果。该方法的优点是:a)主动集控制分配方法一定可以给出唯一的最优解,且该算法的迭代方向性非常好。b)每一次迭代产生新可行解的计算量都比上一次迭代计算量要小,所以最大迭代次数可以反映可行的最大计算时间。c)每一步迭代的计算量由 QR分解实现,所以计算量都很小,该方法简单并且可以直接应用。以 B747小扰动线性模型为对象,进行了纵向和横侧向、正常和故障情况下的控制仿真。仿真结果表明,该方法可以在所有故障模式下稳定飞机,获得更好的指令跟踪性能,而且舵偏最优。 通过以上研究工作,本论文获得了大型民机 B747动力学模型;利用滑模可重构控制方法可以稳定故障模式下的飞机。将固定点迭代和主动集控制分配引入滑模可重构控制器来提升故障下飞机重构的性能。仿真结果表明本论文所提重构方法的可行性和有效性。