虚拟传感器研究

迎角和侧滑角是飞机飞行导航／控制、航电等方面重要的两个测量量，由于受到各种干扰因素的影响，现代传感器很难对其精确测量，在超大迎角飞行过程中，其测量误差随迎角增加而增加。如何才能得到这些量的精确值是一个重要的研究课题。本论文研究课题就属于“十五”国防重点预研内容之一。 通过信号之间的函数关系，用解析计算方式获得所需要的信号，这就是虚拟传感器定义。本文介绍了两种方法来得到迎角和侧滑角的虚拟传感器信号：非线性观测器方法和利用INS／GPS系统数据估计迎角和侧滑角方法。本论文的主要工作如下： 1．给出了一组带有大气紊流、阵风影响和推力矢量的飞机运动方程和其他一些数学模型； 2．研究了采用纵横向耦合且具有线加速度反馈的非线性观测器方法，该方法能够同时估计迎角和侧滑角参数，并采用Extrem优化方法对其反馈参数增益参数进行了优化设计。经过理论分析和仿真验证，这种观测器不仅在各种机动飞行下具有很好的估计精度，而且具有很好的抗大气紊流干扰及飞行状态变化的鲁棒性。最后以工程应用为目的提出了该系统的工程实现方案； 3．首次采用INS／GPS系统数据来估计迎角和侧滑角传感器参数原理和方法，利用INS／GPS系统测量的地速和总加速度信号结合飞机其他传感器和数学模型估计得到了迎角和侧滑角传感器的虚拟信号，该种方法具有很好的实时性。本文对其内部结构机理及其工程实现方案进行了详细研究、设计； 4．对上面两种方法在带有大气紊流和阵风影响的飞行环境下，特别是针对第四代飞机中典型的超大迎角飞行过程进行了详细仿真计算验证，证明这两种方法能够在不同飞行条件下均具有很好的估计效果。最后提出两种方法以后需要改进的地方。 通过理论分析和仿真验证，我们得到如下的结论：非线性观测器方法具有估 冠穿北口二习七大学硕创七学位论文 计精度高、很好抗干扰能力;INS/GPS系统方法具有结构简单，易于工程实现， 实时性好;两种方法均具有很高的工程应用价值，能够为现有硬件传感器提供一 个解析余度信号和提高传感器的可靠性水平。