飞行器过载控制与限幅设计

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过载控制概述

飞行器过载的定义、物理意义、过载在飞行控制中的作用。

基础概念物理意义

坐标系与过载分解

机体坐标系、速度坐标系、过载在不同坐标系下的分解与转换。

坐标变换运动学

过载传感器原理

加速度计工作原理、陀螺仪与加速度计组合、传感器数据融合基础。

传感器数据融合

过载信号处理

低通滤波、陷波滤波、滑动平均滤波在过载信号中的应用。

滤波信号处理

过载控制基本架构

内环角速率控制、外环过载控制、串级PID结构。

串级PID架构

过载控制器设计

PID控制器设计、前馈补偿、积分抗饱和策略。

过载指令生成

驾驶员指令映射、自动飞行指令生成、过载指令限幅。

指令映射限幅

过载限幅的必要性

结构强度限制、飞行员生理限制、飞行品质要求。

安全性生理限制

过载限幅分类

硬限幅、软限幅、动态限幅、自适应限幅。

硬限幅设计

固定阈值限幅、对称/非对称限幅、限幅器实现。

硬限幅阈值

软限幅设计

S型曲线限幅、指数型限幅、平滑过渡策略。

软限幅平滑

动态限幅原理

基于飞行状态的限幅、基于动压的限幅、基于迎角的限幅。

动态限幅飞行状态

自适应限幅

基于模型的自适应限幅、基于规则的自适应限幅。

自适应模型

过载速率限幅

过载变化率限制、急动度限制、速率限幅器设计。

速率限制急动度

限幅器与控制器耦合

限幅引起的积分饱和、抗饱和补偿、条件积分技术。

积分饱和抗饱和

过载控制中的非线性因素

执行机构饱和、死区、滞环对过载控制的影响。

非线性执行机构

过载控制鲁棒性

参数摄动下的过载控制、增益调度设计。

鲁棒性增益调度

过载控制仿真环境搭建

Simulink模型搭建、六自由度仿真、气动数据插值。

仿真六自由度

过载控制时域分析

阶跃响应、跟踪性能、超调量、调节时间。

时域性能指标

过载控制频域分析

带宽分析、稳定裕度、灵敏度函数。

频域稳定裕度

过载限幅对飞行品质的影响

尼尔-史密斯准则、库珀-哈珀等级、飞行员评价。

飞行品质评价

过失速机动中的过载控制

大迎角下的过载特性、迎角限制与过载限制耦合。

过失速大迎角

舰载机着舰过载控制

着舰下滑线跟踪、甲板运动补偿、着舰冲击过载抑制。

着舰甲板补偿

无人机过载控制特点

小型无人机过载限制、抗风扰控制、载荷保护。

无人机抗风扰

高机动飞行器过载控制

推力矢量控制、直接力控制、大过载机动指令生成。

高机动推力矢量

过载控制中的故障容错

传感器故障检测、重构控制、降级模式限幅。

过载控制试飞验证

试飞科目设计、遥测数据分析、限幅器参数调优。

过载控制工程实现

飞控计算机实现、代码生成、硬件在环测试。

工程实现HIL

先进过载控制方法

L1自适应控制、模型预测控制、非线性动态逆。

课程总结与展望

过载控制发展趋势、智能限幅技术、人机协同控制。

趋势智能限幅