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XX大 学 攻读硕士学位研究生 课 题 论 证 报 告 姓 名 学 号 专 业 研究方向 指导教师 2013年 12 月 17 日 课题名称：民机飞行特情状态预测及改出控制研究 选题依据（包括课题的来源、研究目的、必要性和重要性、意义以及国内外研究的技术现状分析） 1.课题来源 2.课题研究意义和目的 2.1 课题研究的意义 通过多年的飞行事故统计，可以发现由于民航飞机本身的意外系统故障或者突发外部环境干扰诱发的飞行员操纵失误，进而导致飞机失控的事故占到了总事故的75%，伤亡人数更是占到了伤亡总人数的85%以上。因此，进行有效的飞机状态短时预测对飞行安全有着很大帮助，主要体现在以下两个方面。第???，通过针对性地设计改出控制律，提高自动飞行的安全性；第二，可向驾驶员提前预警，以便采取应急措施。研究民用飞机飞行特情的状态预测及改出特情的飞行控制律设计具有理论意义和工程实用价值。 2.2 课题研究的目的： 本课题研究的目的是实现在特殊情况下对飞机状态的预测以及控制。首先建立飞机动力学仿真模型；在此基础上，对受到特定的外部环境或自身故障影响下的飞机进行飞行状态短时预测。最后，以飞行安全包线保护为控制目标，实现改出特情状态的飞行控制律设计。 3.国内外研究现状分析 3.1 由特情造成的飞机失控事故分析 飞行失控（Loss-of-Control,LOC）是指飞机在可控飞行状态下，由于某种原因进入危险姿态而未能正确改出，以致飞机超出正常飞行包线，从而造成飞行事故，是诱发严重飞行事故和人员伤亡的主要原因[1]。据国际民用航空组织(ICAO)的统计，在2008年商用喷气飞机事故中，由飞机失控和可控飞行触地引发的事故为39起，占总事故的42.8%，造成人员伤亡2887，占总伤亡人数的61.2%。这其中，由飞机驾驶员错误判断导致飞行事故占到了42.8%[2]。事故统计分析此类事故是由以下三种不利因素导致的。第一，机载设备发生故障；第二，外部环境的恶劣变化和扰动；第三，飞机处于异常飞行状态（如飞机处于不正常高度或者不正常的速度）。而且尤以前两个因素为主要诱因，占据了飞机失控和可控飞行触地事故起因的90%以上。随着飞机本身的可控性和可靠性的不断发展，由民航飞机本身的意外系统故障或者突发外部环境干扰直接造成飞机失控进而导致飞机事故呈下降趋势，并且飞机在遭遇微下击暴流或低空风切变等大多数特殊情况下，只要机组人员做出正确判断和决策，飞机是具有改出的能力的。所以大多数事故是由在特情下对飞机错误操作导致飞机振荡、失控而产生的。因此，对飞机状态进行短时预测和改出控制律设计对飞行安全是有着很大帮助[3]。 3.2 飞行状态预测的手段 鉴于飞机失控对飞行安全的严重威胁，2000年以后，FAA，美国波音公司，NASA兰利研究中心等许多著名的航空研究机构就飞行状态预测，飞行控制策略进行了深入的研究。就飞行状态预测而言，研究主要针对以下几个问题： (1)如何建立飞行动力学模型来精确反映飞机运动状态的非线性动力学特性。以往的飞行动力学模型的理论基础是在飞机平衡点附近，对非线性系统应用一阶Taylor展开, 所得结果是原非线性系统在特定平衡点周围的局部近似。这种方法的缺点主要有两点。 第一, 由于采用一阶Taylor展开而带来的舍入误差；第二，在遇到实际微下击暴流或者低空飞切变时，飞机的运动状态已不在该平衡点附近，如果仍基于该线化模型进行控制律设计，其控制效果将远不会达到预期效果，有时甚至会导致飞机的振荡、失控进而导致严重的飞机事故。 (2)采用何种算法进行飞行状态预测。对于商用民航飞机而言，目前预测失控趋势的手段较为单一，只有基于观测数据的预测方法和基于小扰动线化方程设计自适应预测控制模型。 近年来，为解决飞机运动状态的非线性动力学模型的建立问题，线性变参数(LPV) 模型在飞行动力学方面有了很大发展，并已成功应用于固定翼飞机[4]和无人机[5]运动建模。LPV模型是一类重要的时变系统模型，其状态空间矩阵是实时可测且在闭集上变化的变参数的确定函数。基于LPV模型的鲁棒变增益控制由于能够在理论上保证系统的全局稳定性和鲁棒性，克服了传统变增益控制的缺点。由于飞机在要根据不同的改出控制策略以及飞行状态变化而动态更新模型，而LPV模型恰好可以通过一定