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直接力纵向解耦控制方法研究与实时仿真系统

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西北工业大学业学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1直接力控制的发展概述

1.2虚拟现实技术的发展与应用

1.3研究直接力控制的意义

1.4论文的主要研究内容

第二章直接力控制原理与解耦控制方法

2.1直接力纵向控制原理

2.1.1直接升力的产生

2.1.2直接升力的作用点及非常规纵向机动模态

2.1.3直接升力控制的三种模态

2.2高增益串联渐近解耦控制

2.3动态逆解耦控制

2.3.1动态逆控制方法的引入

2.3.2动态逆控制方法

2.3.3动态逆方法应用于线性多变量系统解耦控制

2.4特征结构配置数学基础

2.4.1特征结构配置

2.4.2特征向量的可配置性

2.4.3反馈增益矩阵算法

2.4.4飞机纵向特征结构配置解耦

2.4.5模糊控制的引入

第三章基于vega虚拟视景的主动控制实时仿真系统

3.1基于vega的虚拟视景仿真技术

3.1.1软件的选择

3.1.2 vega简介

3.1.3 Vega编程接口

3.1.4 Vega的渲染机制

3.1.5视景的生长过程

3.1.6实时视景的生成和显示

3.2三维场景及场景运动体建模

3.2.1地形和飞机的创建

3.2.2模型创建技术

3.3系统的通信机制与通信实现

3.3.1视景仿真中常用的网络通信协议

3.3.2网络协议的选择

3.3.3通信实现

3.4视景仿真系统的结构组成

3.4.1系统结构

3.4.2系统视觉效果演示

第四章AFTI/F-16飞机纵向动态渐近解耦控制系统设计与仿真

4.1 AFTI/F-16飞机数学描述

4.1.1 AFTI/F-16飞机描述

4.1.2设计要求

4.1.3设计指标

4.1.4控制面位置与速率限制

4.1.5执行器与传感器传递函数

4.1.6 AFTI/F-16飞机纵向飞行模态

4.1.7飞机运动方程

4.2 AFTI/F-16飞机纵向运动模态动态渐近解耦控制系设计与仿真

4.2.1俯仰指向模态

4.2.2垂直平移模态

4.2.3直接升力模态

4.3AFTI/F-16飞机纵向运动模态动态渐近解耦控制系统可视化数字仿真

4.3.1俯仰指向模态

4.3.2垂直平移模态

4.3.3直接升力模态

第五章AFTI/F-16飞机纵向动态逆解耦控制系统设计与仿真

5.1 AFTI/F-16飞机纵向运动模态动态逆解耦模糊控制系统设计

5.2仿真结果

5.2.1俯仰指向模态

5.2.2垂直平移模态

5.2.3直接升力模态

5.3 AFTI/F-16飞机纵向运动模态动态逆解耦模糊控制系统可视化数字仿真

5.3.1俯仰指向模态

5.3.2垂直平移模态

5.3.3直接升力模态

第六章AFTI/F-16飞机纵向特征结构配置解耦控制设计与仿真

6.1AFTI/F-16飞机纵向运动模态特征结构配置解耦控制系统设计与仿真

6.1.1俯仰指向模态

6.1.2垂直平移模态

6.1.3直接升力模态

6.2 AFTI/F-16飞机纵向运动模态特征结构配置解耦控制系统可视化数字仿真

6.2.1俯仰指向模态

6.2.2垂直平移模态

6.2.3直接升力模态

总结

参考文献

在校期间发表的学术论文与研究成果

致谢

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摘要

直接力控制技术是主动控制的重要组成部分,它是指在不改变飞机飞行姿态的条件下,通过适当操纵面直接提供附加的升力或侧力,使飞机作垂直方向或侧向的平移运动来改变飞机的航迹。目前它被广泛的应用于第三代战斗机和大型民机上。本文以.AFTI/F-16飞机为对象,对纵向直接力控制技术做了深入研究。 本论文的内容编排如下: 常规飞机在力矩控制下的姿态改变,不可避免的存在着从操纵舵面到轨迹改变的时间滞后。为克服这一缺点,提出了直接力控制思想。直接力控制直接地对作用于飞机的力产生影响,因此可以消除力和力矩的耦合,从而消除轨迹运动和姿态运动的耦合,达到减小滞后时间的目的。解耦是实现直接力控制的关键。本文选择高增益串联渐近解耦、动态逆、特征结构配置三种解耦方法,对其进行了深入研究并进行了改进,作为实现其直接力控制功能控制器的设计方法。 虚拟现实技术通过计算机建立实时的三维视觉效果,给用户提供了诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段,对实现数据的可视化和系统交互性具有很大的意义。基于此,本文以直接力控制为题,在现有的基础上对虚拟现实技术进行了研究;将虚拟现实技术运用于航空领域,使其与飞行控制仿真相结合,设计出了网络环境下的多机实时视景仿真体系,实现了直接力控制系统的实时仿真。对基于vega虚拟现实技术中的3D建模及渲染机制亦作了详细介绍。 纵向直接力控制包括俯仰指向、垂直平移、直接升力三个模态,本论文后三章以AFTI/F-16飞机为对象,分别运用高增益串联渐近解耦、动态逆、特征结构配置三种方法对飞机控制器进行设计,实现了其纵向直接力控制的功能。文章首先应用Matlab对设计好的控制器进行仿真,在验证了设计的可靠性后,运用C语言对其进行编程,将其嵌入已设计好的实时视景仿真体系进行实时仿真,实现了飞行控制与虚拟现实技术的结合。

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