滑動模態變結構控制在多發渦漿飛機飛行控制中的應用與探討

楊濤 楊曦 徐堅

摘要：目的：深入探討多發渦漿飛機飛行控制中滑動模態變結構控制的應用。方法：本文介紹了一種滑動模態變結構控制，闡釋了該結構控制，通過對滑動模系數、邊界層系數，以及增益系數的自適應調節和控制，實現在多發渦漿飛機飛行能耗控制、信號顫振控制上應用的過程，并對上述滑動模態變結構控制的應用過程進行了仿真分析，由此研究和探討了滑動模態變結構控制的應用。結果：滑動模態變結構控制在控制多發渦漿飛機飛行能耗、信號顫振上，具有顯著的作用。結論：可以將該結構控制積極運用到飛機控制上，提高飛機的飛行的穩定性控制水平。

關鍵詞：飛機飛行;飛行控制;渦漿飛機

引言：滑動模態變結構控制，即SMC，從理論上來說，其能夠有效控制多發渦漿飛機飛行系統內部的不確定性，以及外部的干擾，對飛機飛行產生的影響，因此，為了保持多發渦漿飛機的良好飛行狀態，需要對SMC的應用展開深入分析，并運用仿真試驗等手段，驗證SMC的適用性，為飛機飛行控制設計提供依據。

一、研究背景

就目前來看，多發渦漿飛機的常用飛行控制系統的控制規律難以規避顫振問題，而且在控制機制運作期間，還會形成大量的能耗。而SMC具備控制飛行系統內部的不確定性以及外部的干擾，可以將其應用到飛行控制中，可以有效弱化上述信號顫振、能耗大的問題。但事實上，飛行控制執行器通常需要受飽和限制、開關開啟閉合限制的影響，導致其難以被用作SMC控制器?；诖?，為了解決上述問題，有研究者提出，可以將算法中原有的符號函數，改為含有邊界層參數的飽和函數，由此規避控制信號不連續，造成的顫振問題，同時，遵循SMC的控制規律，使用增益調度法，來實現滑動模系數、邊界層系數、控制增益系數等控制系數的調節，保證完整狀態下的飛行增益調度控制。在此過程中，還可以引入模糊增益調度，讓SMC具備更佳的控制性能，并能夠支持自適應調節，使SMC可以根據實際情況，進行控制調節，由此適應執行器的開關切換頻率限制，以及飽和限制，順利完成能耗控制與信號顫振控制，保持飛機的良好飛行狀態。在此背景下，本文設計了兩種SMC控制，分別為固定參數滑模變結構控制器、指數分布變參數滑模變結構控制器，并通過仿真試驗對這兩種SMC控制器進行了性能分析，由此驗證了SMC在飛行控制中應用的可行性，同時也通過對比分析兩種控制器，探索了SMC的具體應用方法，希望能夠為多發渦漿飛機飛行控制領域的建設發展提供助力。

二、研究過程

1.控制系統描述

2.固定參數滑模變結構控制器分析

3.指數分布變參數滑模變結構控制器設計

4.仿真試驗

待上述滑動模態變結構控制系統設計完畢后，研究者運用上述函數，進行了仿真試驗。在試驗中，研究者將上述函數，導入到了專門的仿真軟件中，由此借助計算機系統，通過對各個函數進行運算求解，得出SMC的模擬應用信息，然后基于此，對SMC在多發渦漿飛機飛行控制的適用性，以驗證關于SMC的理論猜測，為飛機控制系統建設提供有利依據。

三、結果與分析

經過上述仿真試驗后，研究者所得到的試驗結果現實，在SMC的應用下，控制系統呈現出了較為穩定的滑動模態，而且該模系數以及符號函數系數分別收斂于最大、最小允許值，控制增益系數則收斂于增益MIN，同時，整體仿真試驗過程中，均未出現過信號顫振問題。此外，在仿真試驗中，研究者將初始條件，設置為θ（0）為0.4、α（0）為3、q（0）為0.3。在此條件下，固定參數SMC控制器、指數分布參數SMC控制器的性能如表1所示。由此可見，指數分布參數SMC控制器所需的控制量更小能耗也更小?；诖?，在SMC的應用中，應盡量使用指數分布參數SMC控制器，由此在解決信號顫振問題的同時，降低控制能耗，增強飛機飛行控制效果?；诖?，總體來說，SMC在飛機飛行控制中的應用可行，而且選擇指數分布參數類控制器，能夠獲得更好的SMC應用效果[1]。

四、討論

根據上述論述，可以了解到，將SMC應用到飛機飛行控制中，可以有效降低控制能耗，規避控制信號顫振問題，讓飛機控制系統具有更優的性能，因此，將SMC應用到飛機控制中可行。但在此過程中，需要注意，由上述仿真試驗結果來看，相較于固定參數的SMC控制器來說，指數分布參數類的控制器具有更好的使用性能，所以，在SMC應用時，應當首選指數分布參數型控制器，以保證SMC的應用效果[2]。

總體上來看，按照上述思路進行SMC的應用，能夠讓可變趨近率、滑動模態參數、增益系數等參數，均實現自適應調節，使得飛機飛行閉環控制系統具有更強的穩定性，同時，這種控制器具有設計與實現簡單、低能耗、無顫振等優勢，可以有效滿足飛機飛行控制需求，因此，將SMC應用到飛機飛行控制上，對于飛機飛行的穩定性的提升具有重要意義[3]。

還要注意，由于SMC在應用中，涉及到算法設計等各方面專業、技術要求高的操作，因此，SMC的應用對操作者的業務能力具備一定的要求，而且應用效果會受到操作者專業水平的影響。為此，在SMC應用中，需要做好操作團隊的建設，減少人的因素造成的影響。在此過程中，需要采取培訓的方式，對現有操作團隊的專業能力進行強化，并積極運用線上培訓模式，讓培訓學習的開展更加靈活，由此改善現有團隊的整體專業水平，讓操作團隊能夠更好地投入到SMC的應用設計與實現上，深入優化飛機飛行控制水平，同時，也要做好人才的篩選工作。在SMC的應用中，需要科學地選拔操作人員，確保組建出的操作團隊，能夠有效完成各項SMC應用操作，保證SMC的應用效果能夠順利達到預期。在團隊篩選組建中，需要采取科學的考核方式，并根據實際需求，針對性地設計考核側重點，保證團隊專業能力過硬。

除了人員因素以外，還要考慮SMC應用設計、實現所需的各類軟硬件工具設施，并選擇性能良好的軟硬件工具，進行配套控制器等方面的設計，保證滑動模態變結構控制的使用效果。在此過程中，應當先根據實際要求，遵循現行的各類技術規程和標準，對軟硬件工具予以檢測、調試，確認其性能水平滿足要求后，才能將其投入使用，而且要注意規范工作者的工具使用操作，并針對容易出現失誤、錯誤的點，制定出相應的操作規程、操作制度，以提高SMC在飛機飛行控制中的設計實現效果，推動多發渦漿飛機飛行控制系統運行性能水平的提升。

結論：綜上所述，有效運用SMC，可以改善飛機飛行中存在的能耗大、顫振問題。經過上述研究、探討過程，能夠發現，SMC在飛機能耗、信號顫振控制上具有良好的使用性能，所以，在飛機飛行控制中，應當積極應用SMC，以降低飛行能耗、緩解顫振問題，深入優化飛機飛行狀態，推動航空事業的建設發展。

參考文獻：

[1]呂偉，張逸群，胡天翔. 基于LabVIEW的通用飛機鉛酸蓄電池測試系統設計[J]. 計算技術與自動化，2021，40（04）：31-35.

[2]劉小川，張宇. 作戰飛機關鍵結構易損性評估方法研究進展與展望[J]. 航空科學技術，2021，32（12）：43-56+42.

[3]張斌，甘屹，李炳初. 多油箱飛行器飛行過程質心變化機理研究[J]. 農業裝備與車輛工程，2021，59（12）：130-134.