艦載機(jī)自動(dòng)著艦引導(dǎo)律濾波器設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、本文基于公開的F/A-18A艦載機(jī)數(shù)據(jù)，建立其縱向線性數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)美國(guó)軍標(biāo)提出的艦尾流模型進(jìn)行仿真搭建。在所建立的艦載機(jī)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，又逐步設(shè)計(jì)了自動(dòng)駕駛儀、進(jìn)場(chǎng)動(dòng)力補(bǔ)償系統(tǒng)和縱向引導(dǎo)律，最終組成自動(dòng)著艦系統(tǒng)。
　　自動(dòng)駕駛儀的內(nèi)環(huán)改變F/A-18A艦載機(jī)的固有頻率和阻尼比，使飛機(jī)滿足軍標(biāo)中提出的長(zhǎng)短周期的一級(jí)飛行品質(zhì)，而后通過外環(huán)構(gòu)成反饋回路，使俯仰角響應(yīng)能夠按照俯仰角指令輸出，并保證其精準(zhǔn)性和快速性。進(jìn)場(chǎng)動(dòng)力補(bǔ)償系統(tǒng)的提

2、出主要是為了解決由于艦載機(jī)著艦速度低而導(dǎo)致的航跡不穩(wěn)定現(xiàn)象，也就是說通過進(jìn)場(chǎng)動(dòng)力補(bǔ)償系統(tǒng)的引入保證速度或者迎角不變，進(jìn)而使航跡角能夠良好的跟蹤俯仰角?？v向引導(dǎo)律的作用是將測(cè)量的飛機(jī)實(shí)際飛行高度和高度指令間的誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成給自動(dòng)駕駛儀和進(jìn)場(chǎng)動(dòng)力補(bǔ)償系統(tǒng)的指令信號(hào)，而引導(dǎo)律主要由三部分組成，即αβ濾波器、PID控制器和低通濾波器，其中控制器為其核心，主要來計(jì)算指令信號(hào)，低通濾波器主要是用來過濾掉有用信號(hào)中的高頻干擾成分，而αβ濾波器主要是在

3、含有雷達(dá)噪聲的高度信號(hào)中估計(jì)出高度信號(hào)和高度導(dǎo)數(shù)信號(hào)，并將這些信號(hào)送給控制器。
　　本文主要對(duì)αβ濾波器從5個(gè)方面進(jìn)行分析。
　　第一，介紹了該濾波器的基本原理，通過濾波器的傳遞函數(shù)對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到穩(wěn)定的條件，分析了位置傳遞函數(shù)的帶寬頻率和參數(shù)的關(guān)系，得到其帶寬頻率和參數(shù)成正比關(guān)系，參數(shù)過大會(huì)導(dǎo)致噪聲過濾效果差，參數(shù)過小則會(huì)引起系統(tǒng)跟蹤控制信號(hào)弱、響應(yīng)速度慢甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。
　　第二，通過仿真驗(yàn)證了αβ濾波

4、器的作用，其主要作用是在含有雷達(dá)噪聲的信號(hào)中將有用的信號(hào)提取出來，并對(duì)其一節(jié)導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，獲得較好的導(dǎo)數(shù)信號(hào)，通過不同的參數(shù)對(duì)比仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)參數(shù)如果選擇的過大，濾波器將失去其濾波和估計(jì)的作用。
　　第三，通過頻域來分析αβ濾波器對(duì)自動(dòng)著艦的影響，分析自動(dòng)著艦系統(tǒng)在加入αβ濾波器前后的Bode圖，可以得出加入濾波器后會(huì)導(dǎo)致帶寬頻率加大，但是可能會(huì)導(dǎo)致相角裕度變小的情況出現(xiàn)，經(jīng)過不同參數(shù)的仿真驗(yàn)證說明如果參數(shù)選擇的過小將會(huì)導(dǎo)致相角裕

5、度過小。
　　第四，通過對(duì)輸入信號(hào)的影響仿真結(jié)果分析，加入αβ濾波器后會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)著艦系統(tǒng)高度響應(yīng)的超調(diào)量變大、調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，選擇的參數(shù)越小得到的響應(yīng)曲線越差，相反選的參數(shù)越大，那么響應(yīng)與未加入濾波器之前的響應(yīng)越接近。而在俯仰角指令信號(hào)的仿真結(jié)果來看，參數(shù)越小，俯仰角指令越光滑，相反參數(shù)越大，俯仰角指令越振蕩，如果俯仰角指令振蕩的厲害就會(huì)是飛行員感到不適，使得飛行員失去著艦信心，導(dǎo)致事故的出現(xiàn)，所以參數(shù)不宜選擇過大。
　　第五

6、，通過對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的影響仿真結(jié)果分析，引入αβ濾波器會(huì)導(dǎo)致擾動(dòng)響應(yīng)的正負(fù)向最大變化加大，并且參數(shù)選取的越小，引起的變化越大。
　　文章通過對(duì)以上五個(gè)方面的分析可以看出，選擇適當(dāng)?shù)臑V波器參數(shù)才會(huì)盡量權(quán)衡上述情況，αβ濾波器的綜合設(shè)計(jì)指標(biāo)是將以上因素考慮后提出的。指標(biāo)主要在穩(wěn)定條件、優(yōu)化選擇關(guān)系式、帶寬指標(biāo)要求、相角裕度指標(biāo)要求、相角滯后指標(biāo)要求、艦尾流引起的最大變化等等方面的考慮下提出的。
　　文章最后采用共軛梯度法尋找αβ濾波