【固定翼飞机】基于最优控制的固定翼飞机着陆控制器设计研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

固定翼飞机着陆阶段是飞行过程中最具挑战性和危险性的环节之一，对控制器的精确性、鲁棒性和抗干扰能力要求极高。基于最优控制理论设计着陆控制器，能够在满足飞机动力学约束和着陆性能指标的前提下，最小化特定目标函数（如跟踪误差、控制能量），实现安全、平稳、精确的着陆过程。本文从问题建模、最优控制方法选择、控制器设计与验证四个方面展开研究。

一、固定翼飞机着陆控制的核心挑战与最优控制适配性

1.1 着陆阶段的核心挑战

• 精确轨迹跟踪

  ：需严格遵循下滑道（Glide Path，通常为 3° 倾角），垂直偏差不超过 ±0.3°，水平偏差不超过 ±30 米。

• 强非线性动力学

  ：着陆时飞机处于低速、大迎角状态，气动特性呈现强非线性，传统线性控制器难以适应。

• 外界干扰敏感

  ：受侧风、阵风、跑道颠簸等随机干扰影响显著，需快速抑制扰动。

• 多约束耦合

  ：需同时满足终端位置约束（触地点精度）、姿态约束（接地迎角约 10°-12°）、控制输入约束（舵面偏转角度限制）等。

1.2 最优控制的适配性优势

最优控制通过求解 “目标函数最小化 + 系统约束” 的优化问题，天然适配着陆控制需求：

• 二次型最优控制（LQR）

  ：可处理线性系统的跟踪问题，最小化状态误差和控制能量的加权和，设计简单且稳定性有保证。

• 模型预测控制（MPC）

  ：显式处理系统约束（如舵偏角限制），滚动优化未来有限时域内的控制序列，适合非线性系统和多约束场景。

• 自适应最优控制

  ：通过在线估计系统参数（如气动系数），实时调整控制器参数，应对着陆过程中的参数不确定性。

⛳️ 运行结果

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