清华大学simulink飞行控制实例-清华 Simulink 飞行控制律实例.pdf

本文是关于清华大学冯庆堂教授发表的关于使用MATLAB & Simulink软件设计飞行控制律的研究实例文档。文档主要讲述了飞行控制律设计的传统方法，并详细介绍了如何利用MATLAB & Simulink软件进行飞行控制律的设计和仿真。 知识点包括： 1. 飞行控制律设计的传统方法：飞行控制律是飞行控制系统（FCS）的核心部分，而电传飞行控制系统（FBW）代表了现代飞行控制技术的一个重要方向。飞行控制律的设计方法包括飞行包线内的一系列配平点上对飞机非线性动态模型的线性化，并基于线性化模型设计控制系统。 2. 飞行控制系统（FCS）：飞行控制系统是用于管理和维持飞机正常飞行状态的系统，包括了电子设备、传感器、作动器等，能够响应飞行员的输入，并确保飞机在各种飞行状态下的稳定性和可控性。 3. 飞行控制律（FCL）：飞行控制律用于定义飞行器如何响应输入和环境变化，是飞行器控制策略的具体实现形式。 4. 飞机的非线性动力学：飞机在飞行过程中会表现出复杂的非线性动态行为，这是因为刚体动态模型具有多变量、强耦合的高阶非线性特性，以及由于模型不确定性带来的挑战。 5. 飞行控制律设计流程：设计流程通常包括配平处理、线性化处理、控制律结构设计、参数选择、线性系统仿真、稳定性设计、非线性仿真以及六自由度仿真分析评定。 6. 控制律设计的难点：需要在飞行包线内选取大量平衡点进行线性化处理，这导致了设计工作量巨大且周期漫长。同时，由于非线性模型的不确定性，线性化模型只能近似描述真实飞行状态，因此对控制律的调整和试验往往是不可避免的。 7. MATLAB & Simulink在飞行控制律设计中的应用：MATLAB & Simulink为飞行控制律的设计提供了强大的工具集，支持复杂的算法和仿真，包括模型匹配（Modal matching）和H∞方法。 8. 自动优化控制参数：通过编写脚本文件，可以实现对控制参数的自动优化，快速得到最佳结果，并能够对所有平衡点进行批量处理，极大地节约了时间和人力成本。 9. 纵向飞行控制律设计与仿真举例：文档中通过F16飞机的纵向飞行控制律设计与仿真进行了具体实例说明，展示了在具体配平点的短周期小扰动模型方程和作动器模型，以及如何使用MATLAB & Simulink进行设计和仿真。 整体来看，本文深入探讨了飞行控制律设计的经典方法和利用MATLAB & Simulink进行飞行控制律设计的现代方法，通过实例演示了如何实现飞行控制律的快速设计和精确仿真。这项技术在航空工程领域具有重要的实用价值和广阔的应用前景。