飛行控制模態(tài)種類和關鍵技術問題

現(xiàn)代飛行，無論軍用還是民用、有人機還是無人機，通過在電傳操縱系統(tǒng)中加入適當?shù)那梆伜头答伨W(wǎng)絡，完全可以改變飛機本身的輸入/輸出特性，使其具有不同的飛行品質，以適應在不同飛行階段執(zhí)行不同飛行任務的需要，從而形成現(xiàn)代飛行控制中的多種任務多模態(tài)控制技術或系統(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)律使被控飛機在不同的運行模態(tài)下，具有預定的性能規(guī)范要求。無人機的運行模態(tài)與飛行的動力學特性以及它的運行環(huán)境有關。通常，無人機的運行模態(tài)可分為任務模態(tài)、內部模態(tài)和外部模態(tài)3類。
  （1）任務模態(tài)。無人機在執(zhí)行飛行任務過程中，都要經過許多不同的運行模態(tài)。例如，在初稿董雷任務中，一架先進無人機要完成起飛、高空巡航、低高度突防、目標攻擊、目標模擬、空戰(zhàn)機動、低高度推出以及動力進場和著陸等動作。一般說來，在這些模態(tài)中，為達到希望的性能，不同的運行模態(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，同時還可能包括最優(yōu)導航、最優(yōu)燃料消耗及最大梁海性等性能要求。
  （2）內部模態(tài)。無人機本身內部模態(tài)主要是指，由于燃料的消耗、任務設備（紅外、可見光模擬設備、攻擊武器等）的釋放及質量的改變等的影響，在不同任務階段飛行的動態(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)，因為飛行關鍵的分系統(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)行結構（舵機、油門電機）及發(fā)動機故障等。針對這些內部模態(tài)，盡然要求無人機飛控系統(tǒng)具有不同的控制策略。當前快速發(fā)展的用于先進飛機故障監(jiān)測與識別的自適應控制方法，以及可以處理飛行關鍵分系統(tǒng)中多個同時故障的綜合方法，就是為適應這些故障模態(tài)控制需要而發(fā)燕尾服的控制策略。
  （3）外部模態(tài)。當無人機所處的環(huán)境發(fā)生未預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，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料的運行模態(tài)，系統(tǒng)仍能達到所期望的目標。
  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。無論是有人機還是無人機都采用了多任務、可剪裁的多模態(tài)控制規(guī)律。例如，為了適應飛機起飛、巡航以及不同空戰(zhàn)任務的需要，設計了正常運行模態(tài)（用于起飛、巡航到著陸的整個飛行包線，也包括次要飛行任務）、空對空射擊模態(tài)、空對地設計模態(tài)以及空對地轟炸杜模態(tài)，還有靶標模擬模態(tài)等等。為了提高系統(tǒng)可靠性和安全性，還設計了控制率重構模態(tài)和獨立血仇控制模態(tài)，前者的目的是在系統(tǒng)某些傳感器、某些執(zhí)行機構失效后采用新的控制結構和控制律，后者是在主控系統(tǒng)發(fā)生故障時切換到備用控制系統(tǒng)，這樣盡管性能和飛行品質將降級，但飛行是安全的。
  設計多模態(tài)控制系統(tǒng)壓歲要解決的關鍵問題是：①如何確定和劃分飛行控制系統(tǒng)的控制模態(tài)；②如何實現(xiàn)復雜的多模態(tài)控制管理；③如何減少和抑制不同模態(tài)控制規(guī)律轉換時飛行的瞬態(tài)響應。