飛行控制模態(tài)種類和關(guān)鍵技術(shù)問題

現(xiàn)代飛行，無論軍用還是民用、有人機(jī)還是無人機(jī)，通過在電傳操縱系統(tǒng)中加入適當(dāng)?shù)那梆伜头答伨W(wǎng)絡(luò)，完全可以改變飛機(jī)本身的輸入/輸出特性，使其具有不同的飛行品質(zhì)，以適應(yīng)在不同飛行階段執(zhí)行不同飛行任務(wù)的需要，從而形成現(xiàn)代飛行控制中的多種任務(wù)多模態(tài)控制技術(shù)或系統(tǒng)。
  多模態(tài)控制比較廣泛的定義是：系統(tǒng)具有一組不同的控制規(guī)律并且該組控制規(guī)律使被控飛機(jī)在不同的運(yùn)行模態(tài)下，具有預(yù)定的性能規(guī)范要求。無人機(jī)的運(yùn)行模態(tài)與飛行的動力學(xué)特性以及它的運(yùn)行環(huán)境有關(guān)。通常，無人機(jī)的運(yùn)行模態(tài)可分為任務(wù)模態(tài)、內(nèi)部模態(tài)和外部模態(tài)3類。
  （1）任務(wù)模態(tài)。無人機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)過程中，都要經(jīng)過許多不同的運(yùn)行模態(tài)。例如，在初稿董雷任務(wù)中，一架先進(jìn)無人機(jī)要完成起飛、高空巡航、低高度突防、目標(biāo)攻擊、目標(biāo)模擬、空戰(zhàn)機(jī)動、低高度推出以及動力進(jìn)場和著陸等動作。一般說來，在這些模態(tài)中，為達(dá)到希望的性能，不同的運(yùn)行模態(tài)需要采用不同的控制規(guī)律。而這些期望的性能不僅包括指令信號的精確跟蹤，同時(shí)還可能包括最優(yōu)導(dǎo)航、最優(yōu)燃料消耗及最大梁海性等性能要求。
  （2）內(nèi)部模態(tài)。無人機(jī)本身內(nèi)部模態(tài)主要是指，由于燃料的消耗、任務(wù)設(shè)備（紅外、可見光模擬設(shè)備、攻擊武器等）的釋放及質(zhì)量的改變等的影響，在不同任務(wù)階段飛行的動態(tài)將要發(fā)生變化，使得系統(tǒng)處于不同的飛行模態(tài)。除此之外，更為香要的是系統(tǒng)的故障模態(tài)，因?yàn)轱w行關(guān)鍵的分系統(tǒng)或部件的故障將會引起系統(tǒng)重要性能的降低。這些故障包括各類傳感器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)（舵機(jī)、油門電機(jī)）及發(fā)動機(jī)故障等。針對這些內(nèi)部模態(tài)，盡然要求無人機(jī)飛控系統(tǒng)具有不同的控制策略。當(dāng)前快速發(fā)展的用于先進(jìn)飛機(jī)故障監(jiān)測與識別的自適應(yīng)控制方法，以及可以處理飛行關(guān)鍵分系統(tǒng)中多個(gè)同時(shí)故障的綜合方法，就是為適應(yīng)這些故障模態(tài)控制需要而發(fā)燕尾服的控制策略。
  （3）外部模態(tài)。當(dāng)無人機(jī)所處的環(huán)境發(fā)生未預(yù)料的變化而引起系統(tǒng)工作模態(tài)的變化（包括受到非常大的外部擾動、戰(zhàn)斗操作及突然出現(xiàn)的威脅等）時(shí)，需要形成新的工作模態(tài)。發(fā)展廣泛的自主智能飛行控制策略、可保障遇到任何未預(yù)料的運(yùn)行模態(tài)，系統(tǒng)仍能達(dá)到所期望的目標(biāo)。
  在國外飛控系統(tǒng)發(fā)展過程中多模態(tài)控制也午到了極大地發(fā)展。無論是有人機(jī)還是無人機(jī)都采用了多任務(wù)、可剪裁的多模態(tài)控制規(guī)律。例如，為了適應(yīng)飛機(jī)起飛、巡航以及不同空戰(zhàn)任務(wù)的需要，設(shè)計(jì)了正常運(yùn)行模態(tài)（用于起飛、巡航到著陸的整個(gè)飛行包線，也包括次要飛行任務(wù)）、空對空射擊模態(tài)、空對地設(shè)計(jì)模態(tài)以及空對地轟炸杜模態(tài)，還有靶標(biāo)模擬模態(tài)等等。為了提高系統(tǒng)可靠性和安全性，還設(shè)計(jì)了控制率重構(gòu)模態(tài)和獨(dú)立血仇控制模態(tài)，前者的目的是在系統(tǒng)某些傳感器、某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)失效后采用新的控制結(jié)構(gòu)和控制律，后者是在主控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切換到備用控制系統(tǒng)，這樣盡管性能和飛行品質(zhì)將降級，但飛行是安全的。
  設(shè)計(jì)多模態(tài)控制系統(tǒng)壓歲要解決的關(guān)鍵問題是：①如何確定和劃分飛行控制系統(tǒng)的控制模態(tài)；②如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多模態(tài)控制管理；③如何減少和抑制不同模態(tài)控制規(guī)律轉(zhuǎn)換時(shí)飛行的瞬態(tài)響應(yīng)。