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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:宋立廷,周思羽,张杨,高丽,吴文海,杨文奇.级联式预设性能动态逆解耦直接升力着舰控制[J].哈尔滨工业大学学报,2023,55(12):42.DOI:10.11918/202205093
SONG Liting,ZHOU Siyu,ZHANG Yang,GAO Li,WU Wenhai,YANG Wenqi.Cascaded comprehensive direct lift control law based on prescribed performance dynamic inversion for carrier landing[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2023,55(12):42.DOI:10.11918/202205093
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级联式预设性能动态逆解耦直接升力着舰控制
宋立廷1,周思羽1,张杨2,高丽1,吴文海1,杨文奇1,3
(1.海军航空大学青岛校区 航空仪电控制工程与指挥系,山东 青岛 266041;2.海军研究院空中所,上海 200436; 3.92283部队,上海 201900)
摘要:
为在下滑着舰过程中,克服“反区”操纵特性,减轻飞行员操纵负担,提升着舰精度和安全性,将直接升力方法引入着舰控制律设计,发挥其响应速度快、控制精度高、解耦性能好等优点。采用预设性能的非线性动态逆方法和控制分配算法相结合的控制架构设计了两层级联式综合直接升力着舰控制器,既可以实现纵向轨迹和姿态控制间的解耦,还可以实现横航向控制与纵向运动间的解耦。首先,建立了舰载机全量六自由度非线性模型作为研究对象;然后,通过设置虚拟中间控制量将动态逆与控制分配环节有机地衔接,通过预设误差向量约束方程的方法提升动态逆控制环节的综合控制性能,据此设计出级联式纵、航向综合解耦的直接升力控制器;最后,仿真验证所设计的直接升力控制器可以在保持迎角和速度稳定的情况下调整飞行轨迹高度,实现纵向轨迹控制和姿态控制的解耦;还可以在对中控制的时候,保持纵向高度稳定,实现横航向运动和纵向运动的解耦。研究表明,采用直接升力控制可以实现飞行员操纵到控制变量间的逐一对应,显著减轻操纵负担并提升下滑着舰控制精度。
关键词:  “魔毯”着舰  直接升力控制  非线性动态逆  预设性能  控制分配
DOI:10.11918/202205093
分类号:V212.13
文献标识码:A
基金项目:地磁信息辅助的无人机自主导航技术研究项目(ZR2020QF071)
Cascaded comprehensive direct lift control law based on prescribed performance dynamic inversion for carrier landing
SONG Liting1,ZHOU Siyu1,ZHANG Yang2,GAO Li1,WU Wenhai1,YANG Wenqi1,3
(1.Dept. of Aeronautical Electrical Control Engineering and Command, Qingdao Campus of Naval Aeronautical University, Qingdao, 266041, Shandong, China; 2.Institute of Air Combat, Naval Research Academy, Shanghai 200436, China;3.Unit No.92283 of PLA, Shanghai 201900, China)
Abstract:
To overcome the characteristic of “backhoe”, reduce the burden of pilots control, and improve the accuracy and safety of carrier landing, the direct lift control method with the characteristics of quick response and high accuracy, is introduced into the carrier landing control law. A two-level integrated landing controller is designed with the combination of prescribed performance nonlinear dynamic inversion and control allocation algorithm, which considers the decoupling not only between longitudinal trajectory control and attitude control but (also) between horizontal control and longitudinal motion. Firstly, the 6-DoF nonlinear model of aircraft is established. Then the dynamic inverse loop is connected with the control allocation loop organically by setting the intermediate virtual control vector. Meanwhile, the control performance of the dynamic inverse control loop is improved by prescribing the error vector constraint equation. Finally, the simulation results show that the designed direct lift controller can adjust the vertical path while keeping the angle of attack and flight speed stable, and allow the aircraft keep the altitude while aligning with the center line. This study indicates that the designed direct lift control system can achieve a one-by-one correspondence between pilot maneuvers and control variables, improve the efficiency of trajectory control in carrier landing, and greatly reduce the burden of pilot.
Key words:  “MAGIC CARPET”  direct lift control  nonlinear dynamic inversion  prescribed performance  control allocation

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