強渦流擾動下硬式空中加油受油機的建模與控制.pdf

1、空中加油能為飛行中的飛機補充燃油，有效提高飛行效能。隨著空中加油技術的不斷發(fā)展，空中加油技術已成為航空領域的重要發(fā)展趨勢之一?？罩屑佑头譃檐浭胶陀彩絻煞N方式，其中硬式加油相較于軟式加油具有輸油速度更快，對接更便捷，隱身性能更好的優(yōu)勢。因此，以大型運輸機為平臺，研制硬式空中加油技術，對我國空中加油能力的提升具有重要意義。本文對在硬式空中加油對接和加油階段，處于復雜氣流場中的受油機進行了建模和控制研究。
　　首先，針對硬式空中加油對接

2、和加油過程中受油機所處的復雜氣流場進行了詳細分析，分別為加油機尾渦流場，加油機發(fā)動機尾噴流，大氣湍流。根據每種氣流場的特性建立了相應的氣流場數學模型，并分別進行仿真得出了各氣流場的分布，通過理論相應地分析了各氣流場將對受油機產生的影響。
　　其次，推導了航跡坐標系下帶擾動的受油機非線性模型。在設定的硬式空中加油飛行狀態(tài)下，對受油機模型進行了配平。在受油機模型中分別加入等效風速度和等效風梯度干擾，進行仿真分析得出了受油機在各種干擾下

3、的響應過程。
　　再次，在平衡點處對受油機非線性模型進行了小擾動線性化，在得到的線性模型中加入了目標誤差的積分量進行擴維，并以此為基礎進行了基于比例積分的最優(yōu)線性二次型控制系統(tǒng)設計。在基于比例積分的最優(yōu)線性二次型控制系統(tǒng)作用下，分別對受油機線性模型和非線性模型中進行仿真分析，結果顯示兩者的響應過程基本一致。
　　隨后，以受油機的非線性模型為基礎，設計了非線性動態(tài)逆控制系統(tǒng)，并在此基礎上設計了考慮干擾之后的制導律和滑模干擾觀測

4、器。對不同控制策略作用下的受油機抗干擾性能進行了仿真驗證，得出結論加入滑模干擾觀測器且在制導律中引入干擾項后，動態(tài)逆控制系統(tǒng)的魯棒性能大幅提升。將其與LQR-PI控制作用下的受油機動態(tài)響應進行比較可得在本文仿真環(huán)境下基于滑模的動態(tài)逆控制系統(tǒng)的抗干擾性能比LQR-PI控制系統(tǒng)好，但其軌跡追蹤的動態(tài)性能比LQR-PI控制系統(tǒng)差。
　　最后，針對受油機與加油機在對接中可能會出現(xiàn)的不同對接路徑，分別對LQR-PI控制系統(tǒng)和基于滑模的非線性

5、動態(tài)逆控制系統(tǒng)作用下的受油機進行仿真，結果顯示在硬式空中加油對接和加油階段，受油機所處的尾流場環(huán)境下，基于滑模的動態(tài)逆控制系統(tǒng)抑制尾流場干擾的性能整體比 LQR-PI控制系統(tǒng)好。同時，分別在輕度、中度和重度的大氣湍流干擾下，對兩種控制系統(tǒng)進行仿真。結果顯示在輕度和中度大氣湍流干擾下，兩種控制系統(tǒng)均能有效抑制大氣湍流擾動；在嚴重大氣湍流干擾下，基于滑模的動態(tài)逆控制系統(tǒng)仍能抑制大氣湍流擾動，而LQR-PI控制系統(tǒng)已失效。最后，根據上述在結論