超低空空投货物出舱过程的动态逆鲁棒控制

冯艳丽，史忠科
西北工业大学自动化学院，陕西西安

摘　　　要：针对运输机在执行超低空空投任务时，地面效应的作用使飞机的气动特性发生改变，货物向舱门的移动过程使飞机的受力和力矩发生变化，货物出舱过程和地面效应的作用使飞机姿态和轨迹都大幅度偏离空投前的稳定飞行状态，如果控制失当，极易使飞机振荡发散，导致飞行事故的问题，设计一控制器保证超低空空投货物出舱过程中运输机的稳定性和安全性。由于被控对象是一个多变量耦合且参数变化的非线性系统，提出了一种基于动态逆理论和鲁棒控制理论的解决方案，控制器内环采用动态逆方法使系统解耦线性化，外环采用Ｈ∞鲁棒控制方法解决不确定性问题。仿真结果表明，该控制器能够很好地保持飞行速度和轨迹、稳定飞机姿态，具有良好的控制效果，且对于系统不确定性具有较强的鲁棒性。

关　键　词：空投；运输机；地面效应；动态逆；鲁棒控制

引　言
空投在军事、经济建设以及应付突发性事件等诸多领域有着广泛的应用前景。大型运输机在执行空投任务时，货物向舱门的移动过程使飞机的受力和力矩发生变化，飞机的姿态和轨迹大幅度偏离原飞行状态，需要操纵舵面使飞机恢复水平，保持原飞行状态。如果控制失当，极易使飞机振荡发散，导致飞行事故。在超低空空投时，受地面效应的作用，飞机的气动特性也不同于一般的飞行情况。地面效应和货物出舱过程严重破坏飞机的横纵向稳定性。本文对超低空空投货物出舱过程中运输机的稳定安全飞行控制问题进行研究。这一过程中的飞机运动模型具有高度非线性和不稳定性，是一个多变量耦合且参数变化的非线性系统，且其非线性动态特性较一般飞机更为复杂。非线性动态逆方法［１］可以抵消系统的非线性因素，实现多变量系统的解耦控制，其物理概念清晰、结构简单、易于实现。目前，该方法已在航空航天领域得到应用［２－３］。然而，应用动态逆要求已知被控对象的精确数学模型，且能精确检测或估计到对象的状态信息，实际中存在着建模误差、外界干扰和传感器噪声等不利因素，仅使用动态逆方法无法完全抵消非线性特性，这使控制器的性能下降甚至可能引发严重的不良后果。本文应用动态逆理论和Ｈ∞鲁棒控制理论［４］设计了一种基于动态逆的鲁棒控制器，确保超低空空投过程中货物在舱内移动时，运输机平稳安全飞行，且对于不确定性因素具有良好的鲁棒性。

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