現(xiàn)代飛行,無論軍用還是民用、有人機還是無人機,通過在電傳操縱系統(tǒng)中加入適當?shù)那梆伜头答伨W(wǎng)絡(luò),完全可以改變飛機本身的輸入/輸出特性,使其具有不同的飛行品質(zhì),以適應(yīng)在不同飛行階段執(zhí)行不同飛行任務(wù)的需要,從而形成現(xiàn)代飛行控制中的多種任務(wù)多模態(tài)控制技術(shù)或系統(tǒng)。
多模態(tài)控制比較廣泛的定義是:系統(tǒng)具有一組不同的控制規(guī)律并且該組控制規(guī)律使被控飛機在不同的運行模態(tài)下,具有預定的性能規(guī)范要求。無人機的運行模態(tài)與飛行的動力學特性以及它的運行環(huán)境有關(guān)。通常,無人機的運行模態(tài)可分為任務(wù)模態(tài)、內(nèi)部模態(tài)和外部模態(tài)3類。
(1)任務(wù)模態(tài)。無人機在執(zhí)行飛行任務(wù)過程中,都要經(jīng)過許多不同的運行模態(tài)。例如,在初稿董雷任務(wù)中,一架先進無人機要完成起飛、高空巡航、低高度突防、目標攻擊、目標模擬、空戰(zhàn)機動、低高度推出以及動力進場和著陸等動作。一般說來,在這些模態(tài)中,為達到希望的性能,不同的運行模態(tài)需要采用不同的控制規(guī)律。而這些期望的性能不僅包括指令信號的精確跟蹤,同時還可能包括最優(yōu)導航、最優(yōu)燃料消耗及最大梁海性等性能要求。
(2)內(nèi)部模態(tài)。無人機本身內(nèi)部模態(tài)主要是指,由于燃料的消耗、任務(wù)設(shè)備(紅外、可見光模擬設(shè)備、攻擊武器等)的釋放及質(zhì)量的改變等的影響,在不同任務(wù)階段飛行的動態(tài)將要發(fā)生變化,使得系統(tǒng)處于不同的飛行模態(tài)。除此之外,更為香要的是系統(tǒng)的故障模態(tài),因為飛行關(guān)鍵的分系統(tǒng)或部件的故障將會引起系統(tǒng)重要性能的降低。這些故障包括各類傳感器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)(舵機、油門電機)及發(fā)動機故障等。針對這些內(nèi)部模態(tài),盡然要求
無人機飛控系統(tǒng)具有不同的控制策略。當前快速發(fā)展的用于先進飛機故障監(jiān)測與識別的自適應(yīng)控制方法,以及可以處理飛行關(guān)鍵分系統(tǒng)中多個同時故障的綜合方法,就是為適應(yīng)這些故障模態(tài)控制需要而發(fā)燕尾服的控制策略。
(3)外部模態(tài)。當無人機所處的環(huán)境發(fā)生未預料的變化而引起系統(tǒng)工作模態(tài)的變化(包括受到非常大的外部擾動、戰(zhàn)斗操作及突然出現(xiàn)的威脅等)時,需要形成新的工作模態(tài)。發(fā)展廣泛的自主智能飛行控制策略、可保障遇到任何未預料的運行模態(tài),系統(tǒng)仍能達到所期望的目標。
在國外飛控系統(tǒng)發(fā)展過程中多模態(tài)控制也午到了極大地發(fā)展。無論是有人機還是無人機都采用了多任務(wù)、可剪裁的多模態(tài)控制規(guī)律。例如,為了適應(yīng)飛機起飛、巡航以及不同空戰(zhàn)任務(wù)的需要,設(shè)計了正常運行模態(tài)(用于起飛、巡航到著陸的整個飛行包線,也包括次要飛行任務(wù))、空對空射擊模態(tài)、空對地設(shè)計模態(tài)以及空對地轟炸杜模態(tài),還有靶標模擬模態(tài)等等。為了提高系統(tǒng)可靠性和安全性,還設(shè)計了控制率重構(gòu)模態(tài)和獨立血仇控制模態(tài),前者的目的是在系統(tǒng)某些傳感器、某些執(zhí)行機構(gòu)失效后采用新的控制結(jié)構(gòu)和控制律,后者是在主控系統(tǒng)發(fā)生故障時切換到備用控制系統(tǒng),這樣盡管性能和飛行品質(zhì)將降級,但飛行是安全的。
設(shè)計多模態(tài)控制系統(tǒng)壓歲要解決的關(guān)鍵問題是:①如何確定和劃分飛行控制系統(tǒng)的控制模態(tài);②如何實現(xiàn)復雜的多模態(tài)控制管理;③如何減少和抑制不同模態(tài)控制規(guī)律轉(zhuǎn)換時飛行的瞬態(tài)響應(yīng)。
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