基于分段仿射建模的舰载机着舰过程自动引导技术研究

The flight path control of automatic landing guidance on movable carrier platform for carrier-based aircraft is a complicated and arduous task. Now, only US puts this technology which could be used just under emergency situations.into practice It's This is hard to build a unified model in respect that the complexityof the control object model and environmental disturbance. So far, the control theories are more mature, especially in the development of hybrid control which can analysis and control any complicated nonlinear control process, but this method is never introduced into the control of automatic landing guidance. Automatic landing is a gradation study process, which lies in that both dynamics model of carrier-based aircraft and flow field interference are segmented modeling through piecewise affine in theory of hybrid system. Aiming at the guiding control problem of automatic landing, the object to give consideration to every glideslope track precision optimum control is realized, by the establishment of piecewise affine model and the combination of hybrid system theory.

舰载机在运动航母平台上的全自动着舰引导过程的航迹控制是一个复杂、艰巨的任务，目前世界上仅有美国将该技术付诸实践，而且只在某些紧急情况下才能使用。这主要是因为该控制对象模型及环境扰动的复杂性，很难建立一个统一的数学模型来进行研究。目前控制理论已经比较成熟和完善，尤其是混杂控制的发展可对任何一个复杂的非线性控制过程进行准确分析和有效控制，但该方法一直未被系统化地引入到全自动着舰引导控制中。全自动着舰是一个处处可分段研究的过程，主要体现在舰载机动力学模型、着舰舰尾附近的流场干扰都可用混杂系统理论中的分段仿射来分段建模。本研究拟针对全自动着舰引导控制问题，通过建立全自动引导过程的分段仿射模型，并与混杂系统理论结合，实现同时兼顾各个着舰过程下滑航迹跟踪精度最优的控制目的。

舰载机在运动航母平台上的全自动着舰引导过程的航迹控制是一个复杂、艰巨的任务，主要是因为该控制对象模型及环境扰动的复杂性。本课题主要针对舰载机全自动引导着舰过程的控制问题，通过深入分析舰载机着舰过程的工作特性和外干扰特性，建立全自动引导过程的数学模型，利用分段仿射预测控制算法实现高精度的理想着舰下滑轨迹跟踪。. 为研究并验证该控制方法，基于前期研究基础，针对舰载机下滑进舰过程的四个阶段：平飞、下滑、接近和着舰过程，我们建立了舰载机引导着舰过程纵向回路控制系统分段模型。建立了舰载机非线性进场动力学模型并完成基准进场状态配平，化简了舰载机非线性全量运动方程，并利用代数线性化方法建立了描述算例舰载机终端进场纵向运动的小扰动线性模型。提出了一种基于舰机配合进场方案的舰尾流实用建模方法，综合考虑了航母航速、舰载机进场速度、当地海面风和甲板风等因素，不但能实现甲板风的方向近似沿着航母斜角甲板中心线，还有利于舰载机着舰阶段的对中控制。针对舰载机着舰过程这类控制问题，研究了分段仿射预测控制算法。针对切换顺序已知并带有输入约束的PWA系统及带有多胞不确定性的PWA系统，给出了一种优化的控制器设计方法。在此基础上，提出了基于状态观测器的时变权值矩阵的预测控制算法，可实现舰载机在横侧向的自动着舰任务。文中的仿真结果验证了本项目提出的算法的合理性和有效性，且该方法可被推广至其它类似的控制问题。