滑动模态变结构控制在多发涡浆飞机飞行控制中的应用与探讨

杨涛 杨曦 徐坚

摘要：目的：深入探讨多发涡浆飞机飞行控制中滑动模态变结构控制的应用。方法：本文介绍了一种滑动模态变结构控制，阐释了该结构控制，通过对滑动模系数、边界层系数，以及增益系数的自适应调节和控制，实现在多发涡浆飞机飞行能耗控制、信号颤振控制上应用的过程，并对上述滑动模态变结构控制的应用过程进行了仿真分析，由此研究和探讨了滑动模态变结构控制的应用。结果：滑动模态变结构控制在控制多发涡浆飞机飞行能耗、信号颤振上，具有显著的作用。结论：可以将该结构控制积极运用到飞机控制上，提高飞机的飞行的稳定性控制水平。

关键词：飞机飞行;飞行控制;涡浆飞机

引言：滑动模态变结构控制，即SMC，从理论上来说，其能够有效控制多发涡浆飞机飞行系统内部的不确定性，以及外部的干扰，对飞机飞行产生的影响，因此，为了保持多发涡浆飞机的良好飞行状态，需要对SMC的应用展开深入分析，并运用仿真试验等手段，验证SMC的适用性，为飞机飞行控制设计提供依据。

一、研究背景

就目前来看，多发涡浆飞机的常用飞行控制系统的控制规律难以规避颤振问题，而且在控制机制运作期间，还会形成大量的能耗。而SMC具备控制飞行系统内部的不确定性以及外部的干扰，可以将其应用到飞行控制中，可以有效弱化上述信号颤振、能耗大的问题。但事实上，飞行控制执行器通常需要受饱和限制、开关开启闭合限制的影响，导致其难以被用作SMC控制器。基于此，为了解决上述问题，有研究者提出，可以将算法中原有的符号函数，改为含有边界层参数的饱和函数，由此规避控制信号不连续，造成的颤振问题，同时，遵循SMC的控制规律，使用增益调度法，来实现滑动模系数、边界层系数、控制增益系数等控制系数的调节，保证完整状态下的飞行增益调度控制。在此过程中，还可以引入模糊增益调度，让SMC具备更佳的控制性能，并能够支持自适应调节，使SMC可以根据实际情况，进行控制调节，由此适应执行器的开关切换频率限制，以及饱和限制，顺利完成能耗控制与信號颤振控制，保持飞机的良好飞行状态。在此背景下，本文设计了两种SMC控制，分别为固定参数滑模变结构控制器、指数分布变参数滑模变结构控制器，并通过仿真试验对这两种SMC控制器进行了性能分析，由此验证了SMC在飞行控制中应用的可行性，同时也通过对比分析两种控制器，探索了SMC的具体应用方法，希望能够为多发涡浆飞机飞行控制领域的建设发展提供助力。

二、研究过程

1.控制系统描述

2.固定参数滑模变结构控制器分析

3.指数分布变参数滑模变结构控制器设计

4.仿真试验

待上述滑动模态变结构控制系统设计完毕后，研究者运用上述函数，进行了仿真试验。在试验中，研究者将上述函数，导入到了专门的仿真软件中，由此借助计算机系统，通过对各个函数进行运算求解，得出SMC的模拟应用信息，然后基于此，对SMC在多发涡浆飞机飞行控制的适用性，以验证关于SMC的理论猜测，为飞机控制系统建设提供有利依据。

三、结果与分析

经过上述仿真试验后，研究者所得到的试验结果现实，在SMC的应用下，控制系统呈现出了较为稳定的滑动模态，而且该模系数以及符号函数系数分别收敛于最大、最小允许值，控制增益系数则收敛于增益MIN，同时，整体仿真试验过程中，均未出现过信号颤振问题。此外，在仿真试验中，研究者将初始条件，设置为θ（0）为0.4、α（0）为3、q（0）为0.3。在此条件下，固定参数SMC控制器、指数分布参数SMC控制器的性能如表1所示。由此可见，指数分布参数SMC控制器所需的控制量更小能耗也更小。基于此，在SMC的应用中，应尽量使用指数分布参数SMC控制器，由此在解决信号颤振问题的同时，降低控制能耗，增强飞机飞行控制效果。基于此，总体来说，SMC在飞机飞行控制中的应用可行，而且选择指数分布参数类控制器，能够获得更好的SMC应用效果[1]。

四、讨论

根据上述论述，可以了解到，将SMC应用到飞机飞行控制中，可以有效降低控制能耗，规避控制信号颤振问题，让飞机控制系统具有更优的性能，因此，将SMC应用到飞机控制中可行。但在此过程中，需要注意，由上述仿真试验结果来看，相较于固定参数的SMC控制器来说，指数分布参数类的控制器具有更好的使用性能，所以，在SMC应用时，应当首选指数分布参数型控制器，以保证SMC的应用效果[2]。

总体上来看，按照上述思路进行SMC的应用，能够让可变趋近率、滑动模态参数、增益系数等参数，均实现自适应调节，使得飞机飞行闭环控制系统具有更强的稳定性，同时，这种控制器具有设计与实现简单、低能耗、无颤振等优势，可以有效满足飞机飞行控制需求，因此，将SMC应用到飞机飞行控制上，对于飞机飞行的稳定性的提升具有重要意义[3]。

还要注意，由于SMC在应用中，涉及到算法设计等各方面专业、技术要求高的操作，因此，SMC的应用对操作者的业务能力具备一定的要求，而且应用效果会受到操作者专业水平的影响。为此，在SMC应用中，需要做好操作团队的建设，减少人的因素造成的影响。在此过程中，需要采取培训的方式，对现有操作团队的专业能力进行强化，并积极运用线上培训模式，让培训学习的开展更加灵活，由此改善现有团队的整体专业水平，让操作团队能够更好地投入到SMC的应用设计与实现上，深入优化飞机飞行控制水平，同时，也要做好人才的筛选工作。在SMC的应用中，需要科学地选拔操作人员，确保组建出的操作团队，能够有效完成各项SMC应用操作，保证SMC的应用效果能够顺利达到预期。在团队筛选组建中，需要采取科学的考核方式，并根据实际需求，针对性地设计考核侧重点，保证团队专业能力过硬。

除了人员因素以外，还要考虑SMC应用设计、实现所需的各类软硬件工具设施，并选择性能良好的软硬件工具，进行配套控制器等方面的设计，保证滑动模态变结构控制的使用效果。在此过程中，应当先根据实际要求，遵循现行的各类技术规程和标准，对软硬件工具予以检测、调试，确认其性能水平满足要求后，才能将其投入使用，而且要注意规范工作者的工具使用操作，并针对容易出现失误、错误的点，制定出相应的操作规程、操作制度，以提高SMC在飞机飞行控制中的设计实现效果，推动多发涡浆飞机飞行控制系统运行性能水平的提升。

结论：综上所述，有效运用SMC，可以改善飞机飞行中存在的能耗大、颤振问题。经过上述研究、探讨过程，能够发现，SMC在飞机能耗、信号颤振控制上具有良好的使用性能，所以，在飞机飞行控制中，应当积极应用SMC，以降低飞行能耗、缓解颤振问题，深入优化飞机飞行状态，推动航空事业的建设发展。

参考文献：

[1]吕伟，张逸群，胡天翔. 基于LabVIEW的通用飞机铅酸蓄电池测试系统设计[J]. 计算技术与自动化，2021，40（04）：31-35.

[2]刘小川，张宇. 作战飞机关键结构易损性评估方法研究进展与展望[J]. 航空科学技术，2021，32（12）：43-56+42.

[3]张斌，甘屹，李炳初. 多油箱飞行器飞行过程质心变化机理研究[J]. 农业装备与车辆工程，2021，59（12）：130-134.