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舰载机自动着舰模糊控制系统设计
| 论文题名： | 舰载机自动着舰模糊控制系统设计 |
| 关键词： | 舰载飞机;自动着舰;模糊控制;气流场;半实物仿真 |
| 摘要： | 众所周知，舰载飞机在海面上着舰时风险大、危险性高，是现代航母-舰载机体系中的关键技术。鉴于此，美国军方开发了舰载机自动着舰系统（Automatic Carrier Landing System，以下简称ACLS），该系统以PID（Proportional Integrate Derivate）控制器为纵向控制律，并在F/A-18A舰载机上取得了成功。实验发现该系统虽然能减小着舰事故率，但是由于其控制器的参数不变性，使得舰载机在应对复杂多变的着舰环境（比如强的海风、甲板运动、舰尾流等）时不够灵活，着舰效果受到了很大的影响。本文选取算例飞机，在经典控制理论和飞行经验的基础上，借助模糊控制理论，重新设计模糊控制器并将其应用到 ACLS中，构成具有模糊作用的舰载机自动着舰系统（Fuzzy-ACLS）。其具体设计内容如下： 首先，简要介绍了常用坐标系并根据牛顿第二定律以及动量矩知识，建立相应的舰载机纵向简化数学模型，并分析了甲板运动和舰尾气流场模型。甲板随海浪运动的不规则性，可以利用功率谱描述出其模型。通过该模型可以尽可能地反映航母甲板的不规则运动，并可以得到理想着舰点的不规则变化，尤其是理想着舰点高度变化。同时根据军标MIL-F-8785C中规定的舰尾流模型，仿真了气流场的各组成部分，得到了舰尾流各组成部分的时域仿真结果。 其次，参照美国军方标准，设计了算例飞机的全自动着舰引导控制系统。采用“自内而外”的设计原则依次设计了舰载机内环增稳系统（CAS）、自动驾驶仪（Autopilot）、进场动力补偿系统（APCS）、纵向引导律和甲板运动补偿系统（DMC），并对ACLS进行综合仿真，验证所设计的ACLS着舰性能良好，效果显著。 然后，结合经典控制理论和飞机飞行经验，在模糊控制理论的基础上，设计舰载机自动着舰模糊控制器。将所设计的模糊控制器应用于ACLS构建舰载机自动着舰模糊控制系统（Fuzzy-ACLS）；确定系统中的输入输出量及其隶属度函数，并依据飞行经验确定舰载机着舰的规则库。 最后，在模拟环境下，对设计的Fuzzy-ACLS进行半实物仿真。主要借用matlab和vc++混合编程方法，设计舰载机着舰综合模拟仿真平台，从半实物仿真的角度对所设计的Fuzzy-ACLS进行仿真测试。结果表明在不同的初始偏差下，所设计的Fuzzy-ACLS均能很好的跟踪到理想下滑轨迹。而且对比发现，Fuzzy-ACLS的着舰误差相比 ACLS小很多，着舰品质得到较大改善。 |
| 作者： | 邱兵 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 朱齐丹 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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