变体飞行器控制系统综述

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飞行器管理系统研究综述

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能 , 以及一些非关键性飞行功能 , 各子系统如图 1 所示。 VM S 的综合分为物理综合和功能综合 , 如图 2 所示。物理综合是通过地理、电气、逻辑及其他硬件
。有效载荷功能
是与作战任务直接相关的一些功能。 VM S 功能是一些使飞行器具备理解、计划、控制和监控其操作的必要功能的集合。 VM S 的功能描述如图 3所示。这
[ 1 2]
综合的方式 , 将传统上分立的子系统的各部件 ( 电源、传感器等 )集中在一起的方式实现。物理综合的目的是减少硬件和成本。功能综合通过对各子系统 /设备的信息进行交互或融合 , 实现多子系统的协同工作 , 以提高系统的性能和可靠性, 减轻飞行员的工作负荷。一个有效的综合能够优化交互, 提高飞行器的机动性、精确飞行航迹控制和容错系统设计。
。 VM S 包含飞控、推进、
公用管理系统 ( U tility M anagem en t Syste m, UM S ) 等所有安全飞行所必需的设备。它通过物理上和功能上对飞行关键功能和系统进行综合管理, 强调综合的设计思想 , 在系统设计和实现时将多个功能或子系统联合起来考虑。具有以下优点: 提高硬件利用率、可靠性和可维修性 ; 实现子系统协调、资源共享、功能合理分配, 降低飞机重量和维护成本; 改善飞行控制性能, 实现全局优化配置, 减轻飞行员的负担
[ 4]
[ 1]
H ayre A, D ull T, M eyn F . The AT F YF 23 veh icle m an agem ent syste m [ C ] / /A erospace D esign Conference . Ir v ine , CA, 1992.

飞行器自动控制系统设计与性能分析

飞行器自动控制系统设计与性能分析飞行器自动控制系统是飞行器的关键部件，它能够实现对飞行器的精确操控和稳定飞行。

在航空领域的发展中，自动控制系统的设计和性能分析一直是研究的重点和挑战。

本文将对飞行器自动控制系统的设计原理和性能分析进行详细介绍。

飞行器自动控制系统设计的基本原理是通过传感器采集飞行器的状态信息，并通过执行机构控制飞行器的各种动作，从而实现对飞行器的自动控制。

飞行器的状态信息主要包括位置、速度、姿态等参数，传感器可以通过惯性导航系统、全向视觉系统、GPS等技术进行采集。

执行机构包括舵面、发动机、电动机等，可以通过控制输出信号来实现对飞行器的控制。

在设计飞行器自动控制系统时，首先需要确定系统的控制目标和指标。

控制目标可以是飞行器的稳定性、动态性能、抗干扰性等方面的要求，指标可以通过设计特定的控制器来实现。

常用的控制器包括比例积分微分（PID）控制器，模糊控制器，自适应控制器等。

其中，PID控制器是最常用的一种，它通过调节比例、积分、微分三个参数来实现对系统的控制。

比例参数用于调节控制器的灵敏度，积分参数用于消除系统的静差，微分参数用于抑制系统的超调。

PID控制器可以根据系统的响应特性进行调整，以满足控制目标和指标。

在飞行器自动控制系统的性能分析中，常用的评价指标包括响应速度、稳态误差、超调量、稳定性等。

响应速度是指系统响应到达目标状态所需的时间，稳态误差是指系统在达到目标状态时与目标状态之间的偏差，超调量是指系统响应超过目标状态的最大偏差，稳定性是指系统在遭受干扰时能否保持稳定。

性能分析的方法可以通过数学模型和仿真实验来实现。

数学模型可以通过控制理论和系统动力学方程建立，包括线性模型和非线性模型。

仿真实验可以通过计算机软件，如MATLAB和Simulink来进行，通过调整控制参数，观察系统的响应特性，进行性能分析。

除了性能分析，飞行器自动控制系统的故障诊断和容错控制也是重要的研究方向。

故障诊断主要通过传感器的异常数据和系统的反馈信号进行，通过比对数据和信号的差异来判断是否存在故障，从而实现飞行器系统的安全性。

飞行器自动控制系统的设计与实现

飞行器自动控制系统的设计与实现飞行器自动控制系统是现代飞行器中至关重要的一部分，它能够确保飞行器在飞行过程中保持稳定、安全、高效。

本文将重点探讨飞行器自动控制系统的设计与实现。

一、飞行器自动控制系统概述飞行器自动控制系统是指利用电子控制硬件和软件，配合传感器和执行器，通过对飞机舵面、发动机油门和推进器等部件进行控制，使飞行器能够自主飞行、导航、保持高度和航向等多种功能的一套综合性系统。

在飞行器自动控制系统中，有重要的三个控制环：导航环、姿态环和动力环。

导航环主要负责路径规划、导航计算和导航指令生成；姿态环主要负责姿态控制，包括飞机的俯仰角、偏航角和滚转角；动力环则主要负责发动机推力控制和飞机的加速度控制。

二、飞行器自动控制系统的设计在飞行器自动控制系统的设计过程中，需要完成如下几个步骤：1. 系统需求分析在设计飞行器自动控制系统之前，首先需要全面分析和了解飞机的基本性能参数和运行特点，设定系统的功能需求和性能指标，进而确定系统的控制策略和实现方案。

2. 系统框架设计在需求分析的基础上，需要进行系统框架的设计，包括系统的硬件架构和软件架构。

硬件架构主要包括传感器、执行器和控制器等硬件设备的选型和组合；软件架构则主要包括控制算法的设计和实现、飞行器状态估计和滤波等软件模块的分析与设计。

3. 仿真和验证在进行实际飞行之前，需要先进行仿真和验证。

通过仿真，可以验证系统的设计和控制算法是否符合预期的要求；通过实测验证，可以检测到系统设计和控制策略的缺陷和不足，及时改进。

三、飞行器自动控制系统的实现在完成系统设计之后，需要进行系统实现。

飞行器自动控制系统的实现主要包括对控制算法、传感器和执行器等硬件设备的编程和调试，以及整个系统的测试和验证。

1. 控制算法的编程和调试在设计控制算法之后，需要对算法进行编程和调试。

控制算法需要根据飞行器的运行状态和环境变化来调整控制参数，以达到控制飞行器的稳定性和精确性。

2. 传感器和执行器的编程和调试传感器和执行器是飞行器自动控制系统的重要部分，它们负责收集和反馈飞行器状态信息和执行控制指令。

变体飞行器及其变形驱动技术

基金项目:国家自然基金项目(90816003,50905085);教育部博士学科点基金资助(200802871067)作者简介:朱华(1978—　),男,江苏东台人,工学博士、副研究员,中国振动工程学会振动与噪声控制专业委员会委员、理事。

研究方向主要是超声电机及其应用技术。

主持国家自然科学基金,博士学科点基金,航空基金各1项。

在国内外期刊和会议上发表文章共15篇,SC I 检索3篇,E I 检索7篇,I STP 检索1篇,I N SPEC 检索1篇,授权国家发明专利2项。

变体飞行器及其变形驱动技术朱华,刘卫东,赵淳生(南京航空航天大学精密驱动研究所,江苏南京210016)摘　要:变体飞行器可以根据飞行环境的不同,自主地改变气动外形,更有效地完成飞行任务,是目前国内外飞行器领域的研究热点之一。

回顾了早期刚性变体飞行器、柔性变体飞行器及其变形驱动技术的发展过程。

通过对应用于变体飞行器的各种智能材料及作动器的性能特点的比较,总结出一种新型的压电作动器———超声电机在变体飞行器变形驱动上的技术优势,提出了利用超声电机来驱动小型变体飞行器变形所要研究的关键问题。

关键词:变体飞行器;压电作动器;超声电机;控制中图分类号:TH39;V221 文献标志码:A 文章编号:167125276(2010)022*******M orph i n g A i rcraft and ItsM orph 2dr i v i n g Techn i quesZHU Hua,L I U W ei 2dong,Z HAO Chun 2sheng(P re c isi o n D ri vi ng La bo ra t o ry o f N an ji ng U n i ve rs ity o f Ae r o nau ti c s a nd A str o nau ti c s,N an ji ng 210016,C h i na )Abstract:Mo r ph i ng a irc ra ft can cha nge its ae r o dynam i c shap e au t om a ti ca ll y acco rd i ng t o the fli gh t e nvir o nm e n t a nd p e rf o r m thefli ght ta sk m o re e ffe c ti ve l y .It be com e s a ho tspo t i n the re se a rch fi e l d of a e r ona uti c s.The de ve l o pm e nt o f m o r p h i ng a irc ra fts a nd the ir dri vi ng techni que s a re re vi ew e d.The p e rf o r m a nce cha rac te ris ti c s of eve ry ki nd o f i n te lli ge ntm a te ri a l a nd a c tua t o rs a re com pa re d w ith a nd the n the te chn i ca l adva ntage s o f a new p i e zo e l ec tri c a c tua t o r i .e.u ltra son i c m o t o r a re summ a ri zed.The i de a tha t ultra son i c m o 2t o rs a re use d t o a c tua te the m o r ph o f the sm a ll sca l e a irc ra ft is p r opo sed a nd som e key issue s ne e de d t o be i nve s ti ga te d.Key words:m o r p hi ng a irc raft;p i e zoe l ec tri c a c tua t o r;ultra so ni c m o t o r;con tr o l0　引言变体飞行器是将新型智能材料、作动器、传感器综合应用到飞行器的机翼上,通过柔顺、平滑、自主地改变飞行器的外形来改变其气动性能,以适应不同的飞行条件,扩展飞行包线和改善操纵特性,减小阻力,加大航程,减少或消除颤振、抖振和涡流干扰等的影响,从而更有效地完成各种飞行任务。

飞行器的智能控制系统设计

飞行器的智能控制系统设计在现代科技的飞速发展下，飞行器的应用范围越来越广泛，从民用航空到军事领域，从太空探索到无人机快递，飞行器在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。

而一个高效、稳定、智能的控制系统对于飞行器的性能和安全性至关重要。

本文将探讨飞行器智能控制系统的设计，从多个方面阐述其关键技术和实现方法。

一、飞行器智能控制系统的概述飞行器智能控制系统是一种能够自主感知环境、做出决策并执行相应动作的系统。

它融合了传感器技术、计算机技术、控制理论和人工智能等多个领域的知识，旨在实现飞行器的精确控制、优化性能和提高可靠性。

与传统的控制系统相比，智能控制系统具有更强的适应性和自学习能力。

它能够根据不同的飞行条件和任务需求，自动调整控制策略，以达到最佳的飞行效果。

例如，在遭遇强风或气流干扰时，智能控制系统可以迅速做出反应，调整飞行器的姿态和动力，保持稳定飞行。

二、飞行器智能控制系统的关键技术1、传感器技术传感器是飞行器智能控制系统的“眼睛”和“耳朵”，负责收集飞行器的各种状态信息，如位置、速度、姿态、加速度、温度、压力等。

常用的传感器包括惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）、气压计、风速计等。

为了提高传感器的精度和可靠性，通常采用多传感器融合技术，将多个传感器的数据进行综合处理，以获得更准确的飞行器状态信息。

2、控制算法控制算法是飞行器智能控制系统的核心，它根据传感器收集到的信息，计算出控制指令，驱动飞行器的执行机构，实现对飞行器的控制。

常见的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模型预测控制（MPC）、自适应控制、鲁棒控制等。

近年来，随着人工智能技术的发展，基于神经网络、模糊逻辑和强化学习的控制算法也逐渐应用于飞行器控制系统中，取得了较好的控制效果。

3、通信技术良好的通信技术是保证飞行器智能控制系统正常运行的关键。

飞行器与地面控制站之间需要进行实时的数据传输，包括飞行器的状态信息、控制指令和任务信息等。

飞行器控制系统设计的理论与实践

飞行器控制系统设计的理论与实践飞行器控制系统是指对飞行器的各种动态参数（如位置、速度、角度等）进行自动控制的系统。

飞行器控制系统的设计涉及到多个学科领域，包括力学、电子工程、计算机科学等。

本文将从理论与实践两个方面探讨飞行器控制系统的设计。

一、理论1. 控制理论在控制系统中，控制理论是非常重要的基础理论。

包括控制系统的建模、稳定性分析、控制器设计等内容。

在飞行器控制系统中，最常用的控制理论是PID控制。

PID控制是一种基于误差的反馈控制方式，通过对误差进行测量和计算，控制器对输出进行调整，从而使系统的输出达到期望的值。

2. 动力学模型控制系统的设计需要依赖于动力学模型。

动力学模型通常采用微分方程、差分方程或状态方程等数学表达式来描述系统的动态行为。

在飞行器控制系统中，动力学模型往往比较复杂，需要对飞行器的运动学和动力学特性有深入理解。

通常情况下，飞行器的动力学模型可以分为定常模型与非定常模型，可以采用线性或非线性的描述方式，要根据具体的飞行器类型和任务来选定。

3. 控制器设计控制器是控制系统的核心部件，控制器的设计涉及到很多参数的选定和调整。

对于PID控制器而言，需要确定比例、积分和微分系数的大小和作用方式，以及控制器的采样时间等参数。

在设计控制器时，需综合考虑系统的稳定性、响应速度、误差抑制等因素。

二、实践在实际应用中，飞行器控制系统的设计需要考虑诸多实际问题。

下面将从传感器选择、控制器实现、系统集成等方面探讨实践过程中的一些问题。

1. 传感器选择传感器是控制系统中获取输入参数的重要组成部分。

在飞行器控制系统中，需要考虑到光电、惯性、气压、GNSS等多种传感器。

传感器的选择因需求而异，但在选择时需要考虑到传感器的精度、可靠性和成本等因素。

需要对传感器数据进行校正和滤波以提高数据的可信度和准确性。

2. 控制器实现控制器的实现方式主要有模拟控制和数字控制两种。

模拟控制多用于低频控制环节，如高度等；而数字控制则主要用于高频控制环节，如姿态和航向等。

变体飞行器控制系统综述

第30卷第10期航空学报Vol 130No 110 2009年 10月ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUT ICA SINICA Oct. 2009收稿日期:2008208212;修订日期:2008212205基金项目:国家自然科学基金(90605007);南京航空航天大学博士生创新基金((B CXJ06208)通讯作者:何真E 2mail:hezhen@文章编号:100026893(2009)1021906206变体飞行器控制系统综述陆宇平,何真(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016)A Survey of Morphing Aircraft Control SystemsLu Yuping,H e Zhen(College of Automation Engineering,Nanjing Universit y of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China)摘要:介绍了变体飞行器控制系统和涉及的控制理论问题。

分析了变体飞行器的控制系统,指出变体飞行器的控制系统由变形控制层和飞行控制层组成。

对变体飞行器的硬件结构和变体飞行器控制方法的研究现状进行了阐述。

分析了集中式和分布式两种变形机械结构以及控制系统体系结构,提出采用总线网络连接变形结构的分布式元件。

总结了变体飞行器需深入研究的变形控制和飞行控制问题,包括大尺度变体飞行器的飞行控制问题,通信受约束的大数目的驱动器的协调控制问题。

关键词:变体飞行器;变形控制;飞行控制系统;分布式控制;网络控制中图分类号:V249 文献标识码:AAbstr act:The control system and r elated cont rol theor y of morphing aircraft a re introduced.The cont rol sys 2tem of mor phing air cr aft is analyzed.I t is shown that the system consists of a shape cont rol loop and a f light cont rol loop.Advances in the mechanical structures and contr ol appr oaches of mor phing aircraft ar e discussed.The centra lized mechanica l morphing structur e,the distributed mechanical morphing st ructur e,and the contr ol system structure are analyzed.It is pr oposed that the distr ibuted components in a morphing st ructur e should be connected through a bus net work.F utur e work in the shape contr ol and flight control of morphing aircraft is summar ized,including the flight contr ol of large 2scale shape air craft,cooperat ive contr ol of large numbers of actuators under communication constraints.Key words:morphing aircraft;sha pe control;flight control systems;distr ibuted control;networked contr ol变体飞行器能根据飞行环境和飞行任务的变化,相应地改变外形,始终保持最优飞行状态,以满足在变化很大的飞行环境(高度、马赫数等)里执行多种任务(如起降、巡航、机动、盘旋、攻击等)的要求。

变体飞行器机械机构建模和控制系统设计

张明亮，宋建梅，史榕颀
（行器动力学与控制教育部重点实验室，北京理工大学宇航学院，北京１０８）飞００１
摘要：主要进行变体飞行器机翼机械机构的动力学建模与控制系统设计。首先基于拉格朗日方程，建立了 “ 动蒙皮 ” 中改变机翼面积的两个四杆机构动力学数学模型，２８卷第４期
２０１１年ｌ２月
战术导弹控制技术
ＣｏｒｌＴｅｈｎｌｇｆＴａｔｃｌＭｉｓｌｎｔｃｏｏｙｏｃｉａｓｉｅｏ
Ｖｏ．２８Ｎｏ４Ｉ．Ｄｅｃ．２０ｌｌ
变体飞行器机械机构建模和控制系统设计
中图分类号：Ｖ４４８文献标识码：Ａ文章编号：（０１４００５２１）０ — １—
Ｔｈｍｏｐｈｎｉｃａｔｅｈａｓｅｒｉｇａｒｒｆｍｃｎｉｍｍｏｅｉｎｄｄｅｉｎｆｃｎｔｏｓｓｅｄｌｎｇａｓｇｏｏｒｌｙｔｍ
ＡｂｔａｔＭｅｈｎｓｄｎｍｉｄｌｇｏｒｈｎｉｒｆｗｉｇａｄｃｎｒｌｙｔｍｅｉｎｗｅｅｐｏｏｅｉｈｓｒｃ：ｃａｉｍｙａｃｍｏｅｉｆｍｏｐｉｇａｒａｔｎｎｏｔｓｓｅｄｓｇｒｒｐｓｄｎｔｅｎｃｏｐｐｒＦｒｔ，ｔｅａｒｎｅｑａｉｎａｅ．ｉｓｌｙｈＬｇａｇｅｕｔｗａｕｅｔｅｔｂｉｈｈｍａｈｍａｉｓｏｓｓｄｏｓａｌｔｅｓｔｅｔｍｏｅｏｔｆｕ－ａｍｅｈｎｓｃｄｌｆｗｏｏｒｂｒｃａｉｍｗｈｃｃａｇｄｈｗｉｇｒａｎ “ ｅｉｌｓｉ ” ．ＴｅｅｕｔｏｈｄｎｍｉｅｕｔｎｉｈｈｎｅｔｅｎａｅｉｆｘｂｅｋｎｌｈｒｓｌｓｆｔｅｙａｃｑａｉｗｅｅｏａｅｔｔｅｏｒｃｍｐｒｄｏｈＡＤＡＭＳｉｌｔｎｅｕｔ，ｗｉｈａｉａｉｇｈｃｒｅｔｅｓｆｔｅｓｂｉｈｄｓｍｕａｉｒｓｌｏｓｈｃｖｌｔｔｅｏｒｃｎｓｏｈｅｔｌｅｍｏｅ．Ａｎｔｅ，ｔｅｏｌｅｒｄｎａｓｄ１ｄｈｎｈｎｎｉａｎｄｎｍｉｅｕｔｎｆｏｒｂｒｙａｃｑａｉｏｆｕ — ａｍｅｈｎｓｏｃａｉｍｗｓｉｅｒｚｄａｄｈ￣ｅｂｃｃｎｒｌｒａｌａｉｅ，ｎｔｅｎｄａｋｏｔｌｗａｄｓｉｅｔｒａｉｅｏｅｓｅｇｎｄｏｅｌｚａｔｉａｔｃａｇｆｗｉｇａｒ．ａｔ，ｖｌｉｆｔｅｃｎｒｌｓｓｍｓｖｌａｅｈｏｇｉｌｔｎｎｉｐｎｈｎｅｏｎｅａＬｓｌｃｙａｉｔｏｈｏｔｙｔｄｙｏｅｗａａｉｔｄｔｒｕｈｓｄｍｕａｉ．ｏＫｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｏｐｉｇａｒｒｆ；ｆｕ－ａｃａｉｍ；ｄｎｍｉｎｌｓ；￣ｅｂｃｉｅｒｚｔｎｒｈｎｉａｔｏｒｂｒｍｅｈｎｓｃｙａｃａａｙｉｓｄａｋｌａｉａｉｎｏ

飞行器控制系统的设计与实现研究

飞行器控制系统的设计与实现研究飞行器控制系统是指通过电子技术和计算机技术，对飞行器进行信息采集、处理和控制的系统。

飞行器控制系统的设计和实现是航空领域的关键技术之一。

本文将对飞行器控制系统的设计与实现研究进行探讨。

一、飞行器控制系统的基本组成飞行器控制系统由两个部分组成：传感器和执行器。

传感器负责采集飞行器周围环境信息，如温度、压力、气流等；执行器负责控制飞行器的姿态和位置。

这两个部分之间需要通过计算机进行数据传输和处理，才能使飞行器控制器得到准确的状态信息，实现对飞行器的控制。

二、传感器设计与实现研究1. 传感器的选择传感器的种类繁多，选择适合飞行器控制系统的传感器是非常重要的。

航空领域常用的传感器有温度传感器、压力传感器、气流传感器、陀螺仪、加速度传感器等。

应根据飞行器的实际需求，选择合适的传感器进行设计和实现。

2. 传感器的精度和灵敏度传感器的精度和灵敏度对飞行器控制系统的性能影响极大。

传感器的精度越高，得到的数据越准确，对控制系统的响应速度和稳定性影响越小；传感器的灵敏度越高，可以实时监测周围环境的变化，及时反馈给控制系统。

3. 传感器的布局传感器的布局是考虑飞行器控制系统设计的重要因素。

应根据飞行器的不同部位和功能需求，合理安排传感器的位置和数量。

如将加速度传感器放置在飞机尾部，能够更好地检测到飞机的加速度变化，提高控制系统的精度和稳定性。

三、执行器设计与实现研究1. 执行器种类执行器包括舵面、发动机喷口、偏航控制器、电动调速器等。

根据不同的应用需求，选择合适的执行器种类，进行设计和实现。

2. 执行器控制系统执行器控制系统需要根据执行器种类和飞行器状态进行设计。

在控制系统中，应该考虑到执行器的响应速度、控制精度和稳定性。

同时，要根据传感器得到的数据进行飞行器状态的估计和控制策略制定。

3.执行器的校准和调试执行器的校准和调试是确保控制系统工作正常的重要环节。

通过测试和校验执行器的响应速度、角度位置等参数，确保执行器的控制精度和稳定性，提高飞行器的性能和安全性。

飞行器控制系统设计与性能分析

飞行器控制系统设计与性能分析第一章：引言在现代航空技术中，飞行器控制系统 (Aircraft Control System, ACS) 作为一个关键性的组成部分，扮演着重要的角色。

它通过对飞行器状态的感知与控制动作的执行，实现对飞行器的高可控性、高稳定性和高安全性，直接关系到飞行器的飞行性能、操作安全以及飞行任务的完成。

因此，对ACS的设计与性能分析成为航空工程领域中的重要研究课题。

第二章：ACS概述飞行器控制系统是指通过通过信号传感器将飞机状态采集到计算机中，计算机处理完成后，将控制指令发送给伺服机构，通过伺服机构的执行控制飞行器飞行动作，以达到所需的飞行任务。

ACS的主要功能有：* 飞行器状态采集和处理* 控制算法的设计* 控制指令传输与伺服机构控制调节* 航空电子设备的通讯与控制第三章：ACS设计ACS设计中考虑的主要因素有：飞行器类型、任务需求、制约因素以及航空电子设备技术的发展等。

从ACS设计的角度看，ACS设计的核心要素就是控制算法以及伺服机构设计。

3.1 控制算法设计ACS的控制算法应根据不同飞行任务设计不同的控制方式。

例如，对于提高飞机的稳定性，可以设计PID控制算法；对于动态响应更迅速，需要设计自适应控制算法；对于实时控制，可以设计基于模型逆控制算法等。

此外，针对不同的控制对象和操作场景，还可以采用模糊控制、遗传算法控制等控制方式，以达到更高的控制精度和更好的控制效果。

3.2 伺服机构设计伺服机构是AAC中的关键部件，伺服机构的设计直接关系到ACS的优化性能。

伺服机构的设计现已发展为了一门跨学科综合性的学科。

关键的设计难点在于如何保证快速、准确地传递控制指令，并使执行器的输出与指令一致。

伺服机构的设计涉及到传动系统、控制电路、故障诊断和故障恢复等。

第四章：ACS性能分析ACS性能的评价指标通常采用的是多指标的方法，主要考虑飞行器的稳定性、控制精度、响应特性和抗干扰性等。

具体的评价指标有：稳定裕量、追踪精度、动态响应速度、静态误差、阻尼比、抗干扰性等。

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分析了变体飞行器的控制系统,指出变体飞行器的控制系统由变形控制层和飞行控制层组成。

对变体飞行器的硬件结构和变体飞行器控制方法的研究现状进行了阐述。

分析了集中式和分布式两种变形机械结构以及控制系统体系结构,提出采用总线网络连接变形结构的分布式元件。

总结了变体飞行器需深入研究的变形控制和飞行控制问题,包括大尺度变体飞行器的飞行控制问题,通信受约束的大数目的驱动器的协调控制问题。

变体飞行器还能够改善飞行器空气动力学性能,增加续航时间,用能连续、光滑变形的变形结构代替传统操纵面,提高隐身性能。

由于具有这些优势,变体飞行器得到了各国的重视。

目前,已开展过的或正在开展的变体飞行器项目有[125]:美国的AFTI/F111自适应机翼项目,主动柔性翼(AFW)计划,智能机翼(Smart Wing)项目和近期启动的变形飞机结构(MAS)项目;欧洲的3AS(Active Aeroelastic A ir craft Structures)研究项目等。

与传统飞行器相比,变体飞行器最特殊之处在于它具有变形结构。

这给气动、材料、结构、控制和优化等多个学科提出了一系列有待研究的问题。

在控制学科方面,变形结构的分布式驱动特性以及变形引起的飞行器模型的不确定性和非线性等都引出了许多具有挑战性的研究课题。

本文总结与思考了变体飞行器的控制体系结构设计和控制理论研究,提出了需深入研究的变形控制和飞行控制方面的问题。

1 工作原理变体飞行器的控制系统可分为两个层次,如图1所示。

第1层可称为变形控制系统,对变形结构进行控制,即实现变形控制;第2层可称为飞行控制系统,控制整个飞行器的飞行状态,即实现飞行控制。

变体飞行器的变形结构是使变体飞行器实现/变体0的部件。

为了获得高气动效率,变体飞行器的变形应该是连续的、光滑的,因此,大部分变形结构由大数量的分布式驱动单元组成。

变形结构可以是分布式作动器驱动的机械连杆结构(驱第10期陆宇平等:变体飞行器控制系统综述图1变体飞行器控制系统示意图F ig11Scheme of mor phing aircr aft control system动器可为智能材料),也可以是在基底材料里分布式地粘贴或埋入了智能材料作动器的智能结构。

变形控制层需要使得全体驱动结构单元协同动作,以完成复杂的、连续的、光滑的外形变化。

变体飞行器的飞行控制系统需要在变形结构按预定程序变形时维持飞行器的稳定;或者更进一步,将变形翼(或其他变形结构)作为附加的飞行器操纵机构,利用变形引起的空气动力学效应来辅助操纵,甚至完全操纵飞行器,实现飞行器的机动控制。

变体飞行器变形过程中,变体飞行器空气动力学特性复杂,重心、转动惯量变化大,模型具有高度的非线性和不确定性,这给飞行控制律设计增加了困难。

2结构与特点211变形控制系统的机械结构目前的变体飞行器的变形控制系统的硬件结构有集中式和分布式两种。

集中式结构制作较简单,但驱动器承受的载荷大,对其强度要求高,导致结构重量大,而且变形形式固定单一,如只能改变后掠角;驱动器故障时将导致飞行器失效。

分布式结构中,多个驱动器分担载荷,有助于减轻结构重量,变形形式灵活,鲁棒性强,在部分驱动器发生故障时能够保证飞行器具有足够的可控性。

在集中式结构方面,美国Virginia州立大学的智能材料系统与结构中心搭建了一个全尺寸的自适应飞机结构风洞实验模型[6],使用机械结构改变翼的形状。

这种集中式的机械结构改变外形的范围有限,即能够实现的变形的复杂程度低,能实现的变形模式简单。

美国Maryland大学提出了使用压缩空气作为动力的气压驱动器改变机翼后掠角[7]。

在分布式结构方面,NA SA Langley研究中心以Lockheed Martin公司ICE飞机的气动外形为基础,提出一个利用机翼局部变形控制飞行器的概念设计[8],选择分布式形状致变装置阵列作为作动器,每个机翼安装4个阵列、共78个形状致变装置。

美国的自适应机翼研究项目中,以AFT I/F111为平台的任务自适应机翼能够实现前缘弯度变形[9]。

每个机翼由7个套连杆机构组成,每个套连杆机构由独立的电动液压驱动器控制双臂曲柄和驱动曲柄来驱动。

美国Grumman 公司研究中心设计了自适应桁架翼肋结构[10],用于改变机翼横截面翼型。

美国Dayton研究学院与空军研究实验室等设计了使用分布式驱动器网络的剪形机翼机构[11],可以改变机翼面积和后掠角。

NASA Langley研究中心设计的遥控飞行器安装有24个后缘变形作动器和压力测量传感器,称为多功能作动器和传感器阵列测试平台[12],能够利用变形阵列主动控制展向压力分布。

美国Smart Wing项目研究了基于NGC无人战斗机模型的变体飞行器模型[13],在两次实验中机翼的智能后缘分别由6个和10个独立的受控操纵面段连接组成。

美国NextGen航空公司为MAS项目1907航空学报第30卷设计的滑动蒙皮变形机翼也采用了分布式驱动结构[14],其机械结构由多个4连杆组件连接而成,如图2所示。

图2NextGen航空公司的变形机翼结构[15]Fig12NextGen Aeronautics.s mor phingwing st ructur e[15]美国Pennsylvania州立大学设计以八面体腱驱动柔顺细胞桁架作为变体飞行器的主动结构单元[16],如图3所示。

每个单元的桁架杆件通过柔性铰链(SMA)连接。

美国Virginia大学设计了以张拉整体结构为基础的变形机翼结构[17]。

该结构以绳索作为驱动器,将多个张拉整体结构单元连接起来。

图3用于变形机翼的腱驱动柔顺细胞桁架[16]Fig13T endon2actuated com pliant cellulart russes in a mor phing wing[16]212控制系统体系结构目前大多数变体飞行器处于实验阶段,搭建的控制系统比较简陋。

许多变体飞行器的实验模型采用串口连接分布式驱动器、驱动器和控制器。

美国Stanford大学设计的变体遥控飞行器的控制计算机为dSPACE半物理仿真平台,放置在风洞控制室,通过dSPACE的实时接口远程控制操纵面[12]。

飞行器模型内的4个伺服串行板,通过RS232串口协议与dSPACE连接,将dSPACE系统的位置控制指令转换为脉冲序列信号,输送给驱动器,每个串行板可驱动8个伺服机构。

意大利Milano理工学院设计的主动自适应弯度机翼(AAWC)的控制计算机通过串口连接并控制4个伺服控制器,通过杠杆驱动4个旋转翼肋[18]。

大多数变体飞行器使用大数目、小体积、分布式驱动器阵列,以代替典型的飞行控制驱动器,即小数目、高权限的集中驱动方式。

但是变形结构,如机翼,在装备分布式驱动器和传感器后,空间很狭小,留给布线的空间十分有限[19]。

如果每个元件都点对点地连接到控制器,布线将占据很大空间,不适用于实际的变形机翼。

而采用串口连接分布式驱动器、驱动器和控制器的通信连接方式,不适用于元件众多、实时性要求高的变体飞行器。