[发明专利]一种基于二型模糊逻辑的飞机地面横向纠偏滑模控制方法

说明书

本发明涉及飞机地面刹车控制技术领域，具体涉及一种基于二型模糊逻辑的飞机地面横向纠偏滑模控制方法。该控制方法包括：考虑飞机地面轮胎结合力，空气动力和侧向干扰力以及对应的力矩，对飞机地面横向系统进行动力学建模；基于存在测量误差的飞机速度信号结合IT2‑FSS构建区间二型模糊模型实现对动力学系统的非线性逼近；设计区间二型模糊模型依赖的滑模面函数以及滑模切换控制器。该方法保证了系统稳定性的充分条件，实现飞机地面刹车阶段的横向纠偏控制，使得飞机能够在降落误差下稳定地保持在跑道中心线。

技术领域

本发明涉及飞机地面刹车控制技术领域，具体涉及一种基于二型模糊逻辑的飞机地面横向纠偏滑模控制方法。

背景技术

随着航空航天领域技术的迅速发展，飞机飞行运动品质也在显著提升。与此同时，对于飞机地面控制的要求也日益增加。飞机地面运动，如着陆、滑行、转弯过程，其运动品质直接关系到飞机起降的安全。飞机事故多数发生的地面运动也是多数飞机事故的发生阶段，地面系统对安全性、稳定性要求也越来越高。

飞机地面刹车系统，是一个复杂的具有不确定性的非线性系统。由于飞机纵向速度的不断变化，以及轮胎特性、跑道特性、结合系数的不同，导致系统模型非线性耦合严重。以上因素直接导致飞机机轮和跑道表面的结合力变化。飞机地面横向纠偏，控制目标是在飞机降落偏离跑道时使得飞机稳定在跑道中心线。同时滑跑阶段也易受到外部环境，如侧风、风切变等繁杂干扰影响，导致飞机制动效率较低，严重时甚至会发生意外事故。而且在不同的载荷和跑道环境下，飞机制动性能的影响也不同。因此，有必要对各种条件下飞机滑行性能的动态响应有清晰的认识和准确的把握。

在现有的飞机滑行阶段的纠偏算法中，针对飞机横向动力学建模大多数仅在前轮操纵、主轮差动刹车，以及尾舵操纵中考虑单一输入，未达到飞机横向纠偏最大效率。同时，为了简化模型，常常忽略不确定性干扰，导致在真实刹车中不能达到较好的纠偏效果。因此，需要从改进飞机地面横向系统模型和设计研究新型纠偏控制率两个方面来提高飞机横向纠偏的效率。

发明内容

基于此，本发明针对速度变化的非线性模型以及外部干扰，实现对飞机横向纠偏系统的滑模切换控制，使得飞机能够在降落误差下稳定地保持在跑道中心线。

本发明提供了一种基于二型模糊逻辑的飞机地面横向纠偏滑模控制方法，具体包括：

基于飞机地面运动学模型，根据飞机地面空气动力效应、地面轮胎结合力和飞机差动刹车力和主起落架以及尾舵偏角饱和，构建飞机滑行阶段横向模型；

获取速度信号，以纵向速度作为前件变量构建区间二型模糊模型函数，并对所述横向模型非线性逼近获得基于区间二型模糊模型描述的飞机横向纠偏模型；

根据所述基于区间二型模糊模型描述的飞机横向纠偏模型构建模型依赖的滑模面函数和滑模切换控制器；以及

根据所述滑模控制器的控制命令，获取前轮转向角，主轮的刹车制动力和尾舵转角作为控制输入，控制飞机保持在跑道中心线。

进一步的，所述飞机地面运动学模型具体为：

其中v_x和v_y分别是纵向速度和横向速度；r表示偏航率，I_zz是飞机绕z轴的旋转惯量，F_y代表总的横向力，由跑道表面与轮胎结合力F_yg，横向空气动力F_ya，以及包括侧向风等横向干扰力f_w三部分构成，M_r代表总偏航力矩，同样由地面反应力矩M_yg，侧向气动力矩M_ya，以及侧向干扰力矩M_rw三部分构成。

进一步的，所述飞机地面空气动力效应具体为：