1、大型民用飛機(jī)是我國(guó)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃十六個(gè)重大研究專(zhuān)項(xiàng)之一，在國(guó)家工信部民機(jī)科研專(zhuān)項(xiàng)(No.MJZ-2011-S-06，No.MJZ-2015-S-080)資金資助下，本論文圍繞飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的包線保護(hù)這一主動(dòng)控制問(wèn)題，開(kāi)展了基于非線性控制的大型民機(jī)飛行包線保護(hù)策略研究工作，論文依次從大型民機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)建模，反步法飛行控制律的設(shè)計(jì)，快速魯棒反步控制律的研究，飛行包線保護(hù)策略的研究四個(gè)主要方面進(jìn)行了闡述，具體內(nèi)容如下：
　　1.

2、以波音B747-100/200大型民機(jī)為研究對(duì)象，研究六自由度剛體非線性動(dòng)力學(xué)。首先，利用剛體一般運(yùn)動(dòng)方程，推導(dǎo)了氣流系變量和航跡系變量的動(dòng)力學(xué)方程。其次，采用氣動(dòng)系數(shù)和氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)建立氣動(dòng)參數(shù)模型，計(jì)算氣動(dòng)力和力矩，并研究了模型中重力、氣動(dòng)、推進(jìn)、風(fēng)力項(xiàng)力和力矩的表達(dá)式。最后對(duì)動(dòng)力學(xué)模型包括仿真使用的模型和非線性控制律設(shè)計(jì)使用的矩陣形式模型進(jìn)行了總結(jié)，并簡(jiǎn)化出縱向運(yùn)動(dòng)模型，利用MATLAB/Simulink對(duì)飛機(jī)模型的開(kāi)環(huán)特性進(jìn)行分析。<

3、br>　　2.針對(duì)大型民機(jī)非線性標(biāo)稱(chēng)模型的控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于反步法的指令跟蹤控制律。首先，運(yùn)用李亞普諾夫穩(wěn)定性理論給出了反步法跟蹤控制律的一般形式，結(jié)合飛行器縱向運(yùn)動(dòng)顯式方程，研究了控制律參數(shù)對(duì)指令跟蹤反步法控制律的性能影響。其次，根據(jù)第二章建立的縱向運(yùn)動(dòng)單輸入單輸出模型，采用反步方法設(shè)計(jì)了俯仰角和攻角的指令跟蹤控制律。最后，設(shè)計(jì)了矢量反步姿態(tài)跟蹤控制律，應(yīng)用于六自由度多輸入多輸出模型。仿真結(jié)果表明，在標(biāo)稱(chēng)模型下，指令跟蹤效果很好；當(dāng)

4、模型存在不確定或發(fā)生故障時(shí)，指令跟蹤效果受到影響，性能有所降低。
　　3.針對(duì)大型民機(jī)非線性、模型不確定的控制問(wèn)題，利用快速終端滑模理論，研究了一類(lèi)快速魯棒反步控制方法。首先運(yùn)用徑向基函數(shù)（Radial Basis Function，RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、快速終端滑模、反步控制思想，提出了一種快速魯棒自適應(yīng)反步（Fast Robust Adaptive Backstepping，F(xiàn)RAB）控制律設(shè)計(jì)方法。該方法具有指令跟蹤誤差收斂速度

5、快，跟蹤精度高，魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。其次，利用超螺旋滑模控制方法設(shè)計(jì)了基于非線性干擾觀測(cè)器的快速魯棒反步控制律，仿真結(jié)果顯示，該方法不僅繼承了FRAB控制器的特點(diǎn)，還能快速準(zhǔn)確地估計(jì)復(fù)合干擾。最后，利用基于傳感器反步控制（Sensor Based Backstepping，SBB）方法，設(shè)計(jì)了快速魯棒控制律，該方法需要使用傳感器信息，不依賴(lài)于模型，不必對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)就具有魯棒能力。
　　4.針對(duì)大型民機(jī)包線保護(hù)的控制問(wèn)題，探討了不同的

6、包線保護(hù)的策略。首先對(duì)經(jīng)典的迎角限制器的性能做了分析。其次，采用預(yù)測(cè)控制，設(shè)計(jì)了一種直接具有包線保護(hù)功能的控制器。最后，基于第四章提出的快速魯棒反步控制器，提出兩種保護(hù)方案即指令限制和控制模態(tài)切換，應(yīng)用到包線保護(hù)的控制任務(wù)中。控制模態(tài)切換策略具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但是由于切換，存在穩(wěn)定性證明困難。指令限制策略能保證穩(wěn)定性，需要利用模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩種方法的性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的迎角限制器，并且在故障條件下的仿真表明，設(shè)計(jì)的包線保護(hù)控制器具有良好的