民用客机CAT III级自动着陆系统设计与仿真研究

bb20920d · 发表于 2022-5-11 20:49:20

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现代民用客机允许飞机进行全天候低决断高度或无决断高度的全自动着陆，从而对自动着陆飞行控制系统性能提出了更高的要求。本文以工程化应用为背景，考虑多种复杂环境干扰条件及结构不确定因素，设计能够满足CAT III各项指标要求的自动着陆飞行控制系统，对提高大型飞机安全着陆具有重要的现实意义。1、建立了B747-100非线性六自由度飞机模型，在着陆状态进行了飞机配平与小扰动线性化。根据军标建立了包括离散风和风切变的着陆环境模型，并通过仿真分析了大气扰动对大型民机的影响。2、通过对比欧洲和美国CAT III着陆的适航标准研究了其对大型民机飞行航道、飞行速度以及接地性能等方面的规定，归纳分析了CAT III自动着陆系统姿态控制、速度控制以及航迹控制的性能指标，为设计满足CAT III级自动着陆控制律提供了依据，并以此给出了CAT III自动着陆控制系统结构方案。3、在设计CAT III自动着陆控制律时，针对多变量耦合将导致着陆航迹精确跟踪性能下降的题目，釆用了LQR控制方法进行多变量系统设计；针对控制律调参工作繁琐且难以保证满足CAT III全局性能指标的题目，釆用了“极小-极大”多目标优化算法对控制器参数进行优化选取。通过与传统PID控制器对比表明，该设计方法克服了控制律对于CAT III多约束调参困难的题目，减少了设计者的工作负担，同时通过LQR方法解决了速度/航迹、滚转/偏航的耦合影响，实现着陆航迹的快速、精确跟踪。4、针对飞机建模误差、舵机建模误差、传感器测量误差以及环境风干扰等不确定性因素，对所设计自动着陆系统进行Monte-Carlo仿真验证。仿真结果表明，在各类不确定因素影响下，本文所设计的自动着陆控制器保证了飞机均能安全、平稳着陆，并满足相应指标要求，从而验证了本文所设计的自动着陆系统能够满足CAT III自动着陆适航标准。

民用客机CAT III级自动着陆系统设计与仿真研究

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