[發(fā)明專利]一種基于二型模糊邏輯的飛機(jī)地面橫向糾偏滑模控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110296489.1
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN112937842B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李繁飆;吳政;陽春華;廖力清;李勇剛;朱紅求
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C25/46
• 分類號(hào): B64C25/46;G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 叢詩洋

本發(fā)明涉及飛機(jī)地面剎車控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二型模糊邏輯的飛機(jī)地面橫向糾偏滑模控制方法。該控制方法包括：考慮飛機(jī)地面輪胎結(jié)合力，空氣動(dòng)力和側(cè)向干擾力以及對應(yīng)的力矩，對飛機(jī)地面橫向系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模；基于存在測量誤差的飛機(jī)速度信號(hào)結(jié)合IT2?FSS構(gòu)建區(qū)間二型模糊模型實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的非線性逼近；設(shè)計(jì)區(qū)間二型模糊模型依賴的滑模面函數(shù)以及滑模切換控制器。該方法保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性的充分條件，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)地面剎車階段的橫向糾偏控制，使得飛機(jī)能夠在降落誤差下穩(wěn)定地保持在跑道中心線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛機(jī)地面剎車控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二型模糊邏輯的飛機(jī)地面橫向糾偏滑模控制方法。

背景技術(shù)

隨著航空航天領(lǐng)域技術(shù)的迅速發(fā)展，飛機(jī)飛行運(yùn)動(dòng)品質(zhì)也在顯著提升。與此同時(shí)，對于飛機(jī)地面控制的要求也日益增加。飛機(jī)地面運(yùn)動(dòng)，如著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎過程，其運(yùn)動(dòng)品質(zhì)直接關(guān)系到飛機(jī)起降的安全。飛機(jī)事故多數(shù)發(fā)生的地面運(yùn)動(dòng)也是多數(shù)飛機(jī)事故的發(fā)生階段，地面系統(tǒng)對安全性、穩(wěn)定性要求也越來越高。

飛機(jī)地面剎車系統(tǒng)，是一個(gè)復(fù)雜的具有不確定性的非線性系統(tǒng)。由于飛機(jī)縱向速度的不斷變化，以及輪胎特性、跑道特性、結(jié)合系數(shù)的不同，導(dǎo)致系統(tǒng)模型非線性耦合嚴(yán)重。以上因素直接導(dǎo)致飛機(jī)機(jī)輪和跑道表面的結(jié)合力變化。飛機(jī)地面橫向糾偏，控制目標(biāo)是在飛機(jī)降落偏離跑道時(shí)使得飛機(jī)穩(wěn)定在跑道中心線。同時(shí)滑跑階段也易受到外部環(huán)境，如側(cè)風(fēng)、風(fēng)切變等繁雜干擾影響，導(dǎo)致飛機(jī)制動(dòng)效率較低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生意外事故。而且在不同的載荷和跑道環(huán)境下，飛機(jī)制動(dòng)性能的影響也不同。因此，有必要對各種條件下飛機(jī)滑行性能的動(dòng)態(tài)響應(yīng)有清晰的認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確的把握。

在現(xiàn)有的飛機(jī)滑行階段的糾偏算法中，針對飛機(jī)橫向動(dòng)力學(xué)建模大多數(shù)僅在前輪操縱、主輪差動(dòng)剎車，以及尾舵操縱中考慮單一輸入，未達(dá)到飛機(jī)橫向糾偏最大效率。同時(shí)，為了簡化模型，常常忽略不確定性干擾，導(dǎo)致在真實(shí)剎車中不能達(dá)到較好的糾偏效果。因此，需要從改進(jìn)飛機(jī)地面橫向系統(tǒng)模型和設(shè)計(jì)研究新型糾偏控制率兩個(gè)方面來提高飛機(jī)橫向糾偏的效率。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明針對速度變化的非線性模型以及外部干擾，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)橫向糾偏系統(tǒng)的滑模切換控制，使得飛機(jī)能夠在降落誤差下穩(wěn)定地保持在跑道中心線。

本發(fā)明提供了一種基于二型模糊邏輯的飛機(jī)地面橫向糾偏滑模控制方法，具體包括：

基于飛機(jī)地面運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，根據(jù)飛機(jī)地面空氣動(dòng)力效應(yīng)、地面輪胎結(jié)合力和飛機(jī)差動(dòng)剎車力和主起落架以及尾舵偏角飽和，構(gòu)建飛機(jī)滑行階段橫向模型；

獲取速度信號(hào)，以縱向速度作為前件變量構(gòu)建區(qū)間二型模糊模型函數(shù)，并對所述橫向模型非線性逼近獲得基于區(qū)間二型模糊模型描述的飛機(jī)橫向糾偏模型；

根據(jù)所述基于區(qū)間二型模糊模型描述的飛機(jī)橫向糾偏模型構(gòu)建模型依賴的滑模面函數(shù)和滑模切換控制器；以及

根據(jù)所述滑模控制器的控制命令，獲取前輪轉(zhuǎn)向角，主輪的剎車制動(dòng)力和尾舵轉(zhuǎn)角作為控制輸入，控制飛機(jī)保持在跑道中心線。

進(jìn)一步的，所述飛機(jī)地面運(yùn)動(dòng)學(xué)模型具體為：

其中v_x和v_y分別是縱向速度和橫向速度；r表示偏航率，I_zz是飛機(jī)繞z軸的旋轉(zhuǎn)慣量，F(xiàn)_y代表總的橫向力，由跑道表面與輪胎結(jié)合力F_yg，橫向空氣動(dòng)力F_ya，以及包括側(cè)向風(fēng)等橫向干擾力f_w三部分構(gòu)成，M_r代表總偏航力矩，同樣由地面反應(yīng)力矩M_yg，側(cè)向氣動(dòng)力矩M_ya，以及側(cè)向干擾力矩M_rw三部分構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述飛機(jī)地面空氣動(dòng)力效應(yīng)具體為：