民用飞机自动着陆纵向控制研究
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仿 真结果 表 明 ， 所设 计 的控制律 能够 使飞机 准确 地跟踪 期望 轨迹并 满足 着陆要 求 。 关键 词 ： 自动着 陆 ； 民用 飞机 ； 轨 迹跟 踪 ； 飞行 控制
Ａｘ＋ Ｂ“
０ 引言
着 陆阶段 是飞 机 最重 要 的飞 行 阶段 ， 也 是 发 生
＝
ｖ＝Ｃ ＋ Ｄ
式中， “ 和 “ 分 别为 油 门杆 和升 降舵输 入 。
２ 自动着 陆 轨 迹设 计
欲实 现飞机 的 自动 着 陆 。 必须 根 据 飞 机气 动 特
舵 和副 翼 联 合 控 制 的 方 法 保 证 飞 机 安 全 着 陆 ； 最
后 在某 型 民用飞机 模型 的基 础 上使 用 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ — ｓ ｉ ｍ ． ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软 件进行 仿真 ． 验证 了轨 迹设 计 和控 制律 设 计
摘 要：
研 究 了某 型 民用飞 机 自动着 陆 纵 向轨 迹设 计 及 控 制 。针 对 民用 飞 机 自动着 陆 的特 点 ， 设计 了纵 向下 滑 轨
迹； 为达 到高度 、 速 度轨迹 跟踪 的 目的 ， 设计 了纵 向下滑 控制 律 ， 并 使 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ — ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软件进 行 数值 仿真 ，
分别 为 ：
６ ＝一０ ． ２ ６ ＋０ ． ２ｕ１
６ ＝一１ ０ ６ 一１ ０ ｕ ２
（ ２ ）
本 文将 飞 机 自动 着 陆 下 滑 轨 迹 分 为 定 高 、 下 滑、 拉平 、 飘落 和滑 跑 五个 阶段 ， 这 里 主要 研 究 下 滑
和拉平 两 个 阶 段 。首 先 ， 根据下滑和拉平 的特点， 设 计期望 高 度 轨 迹 和 速 度 轨 迹 ； 其次 ， 为 达 到 轨 迹 跟 踪 的 目的 ， 设计高度、 速度 跟 踪 控制 律 ， 采 用 升 降
参数 经过 实 时调 整 后 进 人 下 滑 窗 口。此 过 程 为 进
场 阶段 。
１ 飞 机 模 型
通 过对 飞 机 的六 自由度 运 动 方 程进 行 小 扰 动 线 性 化处理 ， 并假 设 飞机 飞行 的 基 准运 动 为 水平 直
下滑 阶段 ： 飞机 进 入下 滑 窗 口后 沿 预设 轨 迹 下 滑的飞行 过程称 为下 滑 阶段 。
民用 飞机 设 计 与研 究
Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ａｉ ｒ ｃ Leabharlann Baidu ａ ｆ ｔ Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ＆ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ
民 用 飞 机 自动 着 陆 纵 向控 制 研 究
罗 欢 崔 玉卉 吴铁 峰 贾 玉红 （ １ ． 上 海 飞机设计 研究 院 ， 上海 ２ ０ １ ２ １ ０； ２ ． 上海 飞机制 造有 限公 司 ， 上海 ２ ０ ０ ４ ３ ６ ： ３ ． 北京航 空航 天大 学大型 飞机 高级人 才培训 班 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
的合理性 和有 效性
性、 动 态 约 束 等 条 件 确 定 某 条 自动 着 陆 期 望 轨 迹ｌ ６ ］ 。本文将 此轨 迹分 为 进 场 、 下滑、 拉平 、 飘 落 和
滑跑 五个 阶段 ６ Ｊ ， 如 图 １所 示 本 文 仅 研 究下 滑 和 拉平 两个 阶段 。
进场 阶段 ： 飞机 准 备降 落 时 ， 飞行 高度 、 速 度 等
式 中：
＝
安 全事故 最 为频 繁 的 阶段 １ ］ 。 自动 着 陆 系统 能在 各 种条件 下导 引飞 机 安 全准 确 着 陆 ， 实 现全 天 候 飞 行， 其 核 心 就 是 设 计 自动 着 陆轨 迹 和 控 制 律 ＿ ２ 。 ］ 。 在 自动着 陆 阶段 ， 飞机 必 须 准 确 地 跟 踪 期 望 轨 迹 ， 使 飞机安 全 、 可靠 、 舒 适着 陆 ｌ ４ ］ 。 如何 保证 飞机 按 照 预 先 设 定 的轨 迹 准确 地 降 落 到跑道 上是 一个 难 题 ， 要 对 飞行 速 度 、 高度 、 姿 态 进行 多维 控制 ， 而保 证 合 适 的速 度 及 理想 的下 滑 角 只靠 调节 发 动机 自动 油 门是无 法 做 到 的 。因 此 ， 深 入研 究 高 性 能 民 用 客 机 自动 着 陆 控 制 律 非 常
线， 可推导 出纵 向小 扰 动 运 动 的状 态 方程 。由某 常
拉平 阶段 ： 飞机到达拉平高度 时， 断 开 下 滑 控
制系统 ． 进入拉平状态 ， 机 头慢 慢 抬 起 ， 迎角增大 ， 航 迹角 减小 。
规布局通用航空飞机 的基本数据计算得到 飞机 的
纵 向模型 为 ：
重 要 一 。
［ Ｖ ， Ｏ ｌ ， ｑ ， ０ ］
１ １ ， ＝［ ６ ， ６ ］ 其 中， 为空速 ， Ｏ ｌ 为迎角 ， ｑ为 俯 仰 角 速 度 ， ０ 为俯仰 角 ， ６ 为油 门开 度 ， ６ 为 升 降 舵偏 角 。Ａ、 Ｂ、 Ｃ、 Ｄ矩 阵见文 献 ［ ５ ］ 。 飞机实 际 的升 降舵 和油 门杆 作 动 器有 一 定 的 宽带 限制 ， 因此 ， 对 于其 特 性 ， 本 文采 用 一 阶滞 后 环 节加 以描述 。假设 油 门杆 、 升 降舵 伺 服 机构 的形 式
Ａｘ＋ Ｂ“
０ 引言
着 陆阶段 是飞 机 最重 要 的飞 行 阶段 ， 也 是 发 生
＝
ｖ＝Ｃ ＋ Ｄ
式中， “ 和 “ 分 别为 油 门杆 和升 降舵输 入 。
２ 自动着 陆 轨 迹设 计
欲实 现飞机 的 自动 着 陆 。 必须 根 据 飞 机气 动 特
舵 和副 翼 联 合 控 制 的 方 法 保 证 飞 机 安 全 着 陆 ； 最
后 在某 型 民用飞机 模型 的基 础 上使 用 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ — ｓ ｉ ｍ ． ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软 件进行 仿真 ． 验证 了轨 迹设 计 和控 制律 设 计
摘 要：
研 究 了某 型 民用飞 机 自动着 陆 纵 向轨 迹设 计 及 控 制 。针 对 民用 飞 机 自动着 陆 的特 点 ， 设计 了纵 向下 滑 轨
迹； 为达 到高度 、 速 度轨迹 跟踪 的 目的 ， 设计 了纵 向下滑 控制 律 ， 并 使 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ — ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软件进 行 数值 仿真 ，
分别 为 ：
６ ＝一０ ． ２ ６ ＋０ ． ２ｕ１
６ ＝一１ ０ ６ 一１ ０ ｕ ２
（ ２ ）
本 文将 飞 机 自动 着 陆 下 滑 轨 迹 分 为 定 高 、 下 滑、 拉平 、 飘落 和滑 跑 五个 阶段 ， 这 里 主要 研 究 下 滑
和拉平 两 个 阶 段 。首 先 ， 根据下滑和拉平 的特点， 设 计期望 高 度 轨 迹 和 速 度 轨 迹 ； 其次 ， 为 达 到 轨 迹 跟 踪 的 目的 ， 设计高度、 速度 跟 踪 控制 律 ， 采 用 升 降
参数 经过 实 时调 整 后 进 人 下 滑 窗 口。此 过 程 为 进
场 阶段 。
１ 飞 机 模 型
通 过对 飞 机 的六 自由度 运 动 方 程进 行 小 扰 动 线 性 化处理 ， 并假 设 飞机 飞行 的 基 准运 动 为 水平 直
下滑 阶段 ： 飞机 进 入下 滑 窗 口后 沿 预设 轨 迹 下 滑的飞行 过程称 为下 滑 阶段 。
民用 飞机 设 计 与研 究
Ｃｉ ｖ ｉ ｌ Ａｉ ｒ ｃ Leabharlann Baidu ａ ｆ ｔ Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ＆ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ
民 用 飞 机 自动 着 陆 纵 向控 制 研 究
罗 欢 崔 玉卉 吴铁 峰 贾 玉红 （ １ ． 上 海 飞机设计 研究 院 ， 上海 ２ ０ １ ２ １ ０； ２ ． 上海 飞机制 造有 限公 司 ， 上海 ２ ０ ０ ４ ３ ６ ： ３ ． 北京航 空航 天大 学大型 飞机 高级人 才培训 班 ， 北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
的合理性 和有 效性
性、 动 态 约 束 等 条 件 确 定 某 条 自动 着 陆 期 望 轨 迹ｌ ６ ］ 。本文将 此轨 迹分 为 进 场 、 下滑、 拉平 、 飘 落 和
滑跑 五个 阶段 ６ Ｊ ， 如 图 １所 示 本 文 仅 研 究下 滑 和 拉平 两个 阶段 。
进场 阶段 ： 飞机 准 备降 落 时 ， 飞行 高度 、 速 度 等
式 中：
＝
安 全事故 最 为频 繁 的 阶段 １ ］ 。 自动 着 陆 系统 能在 各 种条件 下导 引飞 机 安 全准 确 着 陆 ， 实 现全 天 候 飞 行， 其 核 心 就 是 设 计 自动 着 陆轨 迹 和 控 制 律 ＿ ２ 。 ］ 。 在 自动着 陆 阶段 ， 飞机 必 须 准 确 地 跟 踪 期 望 轨 迹 ， 使 飞机安 全 、 可靠 、 舒 适着 陆 ｌ ４ ］ 。 如何 保证 飞机 按 照 预 先 设 定 的轨 迹 准确 地 降 落 到跑道 上是 一个 难 题 ， 要 对 飞行 速 度 、 高度 、 姿 态 进行 多维 控制 ， 而保 证 合 适 的速 度 及 理想 的下 滑 角 只靠 调节 发 动机 自动 油 门是无 法 做 到 的 。因 此 ， 深 入研 究 高 性 能 民 用 客 机 自动 着 陆 控 制 律 非 常
线， 可推导 出纵 向小 扰 动 运 动 的状 态 方程 。由某 常
拉平 阶段 ： 飞机到达拉平高度 时， 断 开 下 滑 控
制系统 ． 进入拉平状态 ， 机 头慢 慢 抬 起 ， 迎角增大 ， 航 迹角 减小 。
规布局通用航空飞机 的基本数据计算得到 飞机 的
纵 向模型 为 ：
重 要 一 。
［ Ｖ ， Ｏ ｌ ， ｑ ， ０ ］
１ １ ， ＝［ ６ ， ６ ］ 其 中， 为空速 ， Ｏ ｌ 为迎角 ， ｑ为 俯 仰 角 速 度 ， ０ 为俯仰 角 ， ６ 为油 门开 度 ， ６ 为 升 降 舵偏 角 。Ａ、 Ｂ、 Ｃ、 Ｄ矩 阵见文 献 ［ ５ ］ 。 飞机实 际 的升 降舵 和油 门杆 作 动 器有 一 定 的 宽带 限制 ， 因此 ， 对 于其 特 性 ， 本 文采 用 一 阶滞 后 环 节加 以描述 。假设 油 门杆 、 升 降舵 伺 服 机构 的形 式