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碩士開(kāi)題報(bào)告ppt范文
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【一】XX 大 學(xué) 攻讀碩士學(xué)位研究生 課 題 論 證 報(bào) 告
姓 名 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 研究方向 指導(dǎo)教師
課題名稱：民機(jī)飛行特情狀態(tài)預(yù)測(cè)及改出控制研究
選題依據(jù)(包括課題的來(lái)源、研究目的、必要性和重要性、意義以及國(guó)內(nèi)外研究的技術(shù)現(xiàn)狀分析)
1.課題來(lái)源 2.課題研究意義和目的
2.1 課題研究的意義 通過(guò)多年的飛行事故統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)由于民航飛機(jī)本身的意外系統(tǒng)故障或者突發(fā)外部環(huán)境干擾誘發(fā)的飛行員操縱失誤，進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)失控的事故占到了總事故的 75%，傷亡人數(shù)更是占到了傷亡總?cè)藬?shù)的 85%以上。
因此，進(jìn)行有效的飛機(jī)狀態(tài)短時(shí)預(yù)測(cè)對(duì)飛行安全有著很大幫助，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
第一，通過(guò)針對(duì)性地設(shè)計(jì)改出控制律，提高自動(dòng)飛行的安全性;第二，可向駕駛員提前預(yù)警，以便采取應(yīng)急措施。
研究民用飛機(jī)飛行特情的狀態(tài)預(yù)測(cè)及改出特情的飛行控制律設(shè)計(jì)具有理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
2.2 課題研究的目的： 本課題研究的目的是實(shí)現(xiàn)在特殊情況下對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的預(yù)測(cè)以及控制。
首先建立飛機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型;在此基礎(chǔ)上，對(duì)受到特定的外部環(huán)境或自身故障影響下的飛機(jī)進(jìn)行飛行狀態(tài)短時(shí)預(yù)測(cè)。
最后，以飛行安全包線保護(hù)為控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)改出特情狀態(tài)的飛行控制律設(shè)計(jì)。
3.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 3.1 由特情造成的飛機(jī)失控事故分析 飛行失控(Loss-of-Control,LOC)是指飛機(jī)在可控飛行狀態(tài)下，由于某種原因進(jìn)入危險(xiǎn)姿態(tài)而未能正確改出，以致飛機(jī)超出正常飛行包線，從而造成飛行事故，是誘發(fā)嚴(yán)重飛行事故和人員傷亡的主要原因 [1] 。
據(jù)國(guó)際民用航空組織(ICAO)的統(tǒng)計(jì)，在2008年商用噴氣飛機(jī)事故中，由飛機(jī)失控和可控飛行觸地引發(fā)的事故為39起，占總事故的42.8%，造成人員傷亡2887，占總傷亡人數(shù)的61.2%。
這其 中，由飛機(jī)駕駛員錯(cuò)誤判斷導(dǎo)致飛行事故占到了42.8% [2] 。
事故統(tǒng)計(jì)分析此類事故是由以下三種不利因素導(dǎo)致的。
第一，機(jī)載設(shè)備發(fā)生故障;第二，外部環(huán)境的惡劣變化和擾動(dòng);第三，飛機(jī)處于異常飛行狀態(tài)(如飛機(jī)處于不正常高度或者不正常的速度)。
而且尤以前兩個(gè)因素為主要誘因，占據(jù)了飛機(jī)失控和可控飛行觸地事故起因的90%以上。
隨著飛機(jī)本身的可控性和可靠性的不斷發(fā)展，由民航飛機(jī)本身的意外系統(tǒng)故障或者突發(fā)外部環(huán)境干擾直接造成飛機(jī)失控進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)事故呈下降趨勢(shì)，并且飛機(jī)在遭遇微下?lián)舯┝骰虻涂诊L(fēng)切變等大多數(shù)特殊情況下，只要機(jī)組人員做出正確判斷和決策，飛機(jī)是具有改出的能力的。
所以大多數(shù)事故是由在特情下對(duì)飛機(jī)錯(cuò)誤操作導(dǎo)致飛機(jī)振蕩、失控而產(chǎn)生的。
因此，對(duì)飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)和改出控制律設(shè)計(jì)對(duì)飛行安全是有著很大幫助 [3] 。
3.2 飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)的手段 鑒于飛機(jī)失控對(duì)飛行安全的嚴(yán)重威脅，2000年以后，F(xiàn)AA，美國(guó)波音公司，NASA蘭利研究中心等許多著名的航空研究機(jī)構(gòu)就飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)，飛行控制策略進(jìn)行了深入的研究。
就飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)而言，研究主要針對(duì)以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)如何建立飛行動(dòng)力學(xué)模型來(lái)精確反映飛機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的非線性動(dòng)力學(xué)特性。
以往的飛行動(dòng)力學(xué)模型的理論基礎(chǔ)是在飛機(jī)平衡點(diǎn)附近，對(duì)非線性系統(tǒng)應(yīng)用一階Taylor展開(kāi), 所得結(jié)果是原非線性系統(tǒng)在特定平衡點(diǎn)周圍的局部近似。
這種方法的缺點(diǎn)主要有兩點(diǎn)。
第一, 由于采用一階Taylor展開(kāi)而帶來(lái)的舍入誤差;第二，在遇到實(shí)際微下?lián)舯┝骰蛘叩涂诊w切變時(shí)，飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已不在該平衡點(diǎn)附近，如果仍基于該線化模型進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)，其控制效果將遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到預(yù)期效果，有時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致飛機(jī)的振蕩、失控進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的飛機(jī)事故。
(2)采用何種算法進(jìn)行飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)。
對(duì)于商用民航飛機(jī)而言，目前預(yù)測(cè)失控趨勢(shì)的手段較為單一，只有基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)方法和基于小擾動(dòng)線化方程設(shè)計(jì)自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制模型。
近年來(lái)，為解決飛機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的非線性動(dòng)力學(xué)模型的建立問(wèn)題，線性變參數(shù)(LPV) 模型在飛行動(dòng)力學(xué)方面有了很大發(fā)展，并已成功應(yīng)用于固定翼飛機(jī) [4] 和無(wú)人機(jī) [5] 運(yùn)動(dòng)建模。
LPV模型是一類重要的時(shí)變系統(tǒng)模型，其狀態(tài)空間矩陣是實(shí)時(shí)可測(cè)且在閉集上變化的變參數(shù)的確定函數(shù)。
基于LPV模型的魯棒變?cè)鲆婵刂朴捎谀軌蛟诶碚撋媳ＷC系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性和魯棒性，克服了傳統(tǒng)變?cè)鲆婵刂频娜秉c(diǎn)。
由于飛機(jī)在要根據(jù)不同的改出控制策略以及飛行狀態(tài)變化而動(dòng)態(tài)更新模型，而LPV模型恰好可以通過(guò)一定的調(diào)度算法更新系數(shù)矩陣，計(jì)算獲得新的狀態(tài)。
這種在線修正的特點(diǎn)，恰好可以應(yīng)用于飛機(jī)模型的建立。
在LPV建模的基礎(chǔ)上，飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)可以得到進(jìn)一步完善 [6] 。
一種方法是采用狀態(tài)濾波方法，狀態(tài)濾波方法是，在LPV模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用推廣卡爾曼濾波或無(wú)味濾波短時(shí)估計(jì)失控后的飛行狀態(tài)變化。
只要有完整氣動(dòng)數(shù)據(jù)的支持，這種估計(jì)方法能在很大程度上逼近實(shí)際情況。
另一種模型預(yù)測(cè)方法是采用無(wú)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
不過(guò)這種預(yù)測(cè)方式一般需要大量事故的飛行數(shù)據(jù)的支持和風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持才能有很好的效果。
3.3 改出控制 美國(guó)波音公司，NASA蘭利研究中心等許多著名的航空研究機(jī)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)更全面的飛行安全控制策略，提出了基于包線保護(hù)策略的飛行安全控制律設(shè)計(jì)方案。
即在有外部環(huán)境干擾(如湍流或者低空飛切變)或者飛機(jī)本身的意外系統(tǒng)故障(如單發(fā)停車或者飛機(jī)舵面卡阻)的情況下，預(yù)測(cè)飛機(jī)飛行狀態(tài)，并給出飛機(jī)控制律或者一組控制序列，使飛機(jī)可以在安全狀態(tài)下(即安全的飛行包線內(nèi))實(shí)現(xiàn)改出或者降落。
飛行包線綜合地描述了一架飛機(jī)所能安全飛行的高度與速度范圍，反映了氣動(dòng)、推力和結(jié)構(gòu)等因素對(duì)飛行范圍的限制。
以B737飛機(jī)為例，如圖1(a)所示，為B737飛機(jī)建模數(shù)據(jù)提供的該機(jī)襟翼收起的正常飛行的迎角-側(cè)滑角包線，(b)圖所示，為襟翼著陸構(gòu)型時(shí)的包線。
可以看出，一般商用飛機(jī)經(jīng)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證的包線只是飛行模擬器上所用包線的子包絡(luò)，只有在經(jīng)驗(yàn)證的包線內(nèi)飛行才是絕對(duì)安全的。
包線保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)控制律設(shè)計(jì)、增加限制器等措施使得飛機(jī)能夠在包線范圍內(nèi)安全飛行。
目前，包線保護(hù)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在改出風(fēng)切變飛控設(shè)計(jì)中 [7] 。
圖 1 B-737 飛機(jī)迎角-側(cè)滑角包線 由上述可知，飛行安全的關(guān)鍵就是當(dāng)飛機(jī)狀態(tài)處于飛行包線邊緣，即臨界狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)飛機(jī)自動(dòng)飛行系統(tǒng)自身或者人為干預(yù)使得飛機(jī)改出可以危險(xiǎn)姿態(tài)，避免出現(xiàn)超出飛行包線的發(fā)生。
因此要實(shí)現(xiàn)基于包線保護(hù)系統(tǒng)的飛行安全策略關(guān)鍵包括兩個(gè)方面： (1)決定性參數(shù)的選取與安全包線的制定。
在不利因素干擾下, 飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不斷變化。
對(duì)于這些特殊飛行狀態(tài), 將那些對(duì)飛行安全性具有決定性作用的參數(shù)稱為決定性參數(shù)。
通常情況下決定性參數(shù)會(huì)包括: 迎角、過(guò)載、表速、滾轉(zhuǎn)角速度等。
(2)在危險(xiǎn)狀態(tài)下的改出控制律設(shè)計(jì)。
目前，主要有兩種設(shè)計(jì)方法。
一種是基于LPV模型的變?cè)鲆婵刂破髟O(shè)計(jì)。
基于LPV模型的變?cè)鲆婵刂破骺梢岳糜邢迋�(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)(平衡點(diǎn))，自行進(jìn)行自增益調(diào)節(jié)，進(jìn)而完成對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的控制，并且在所考慮的包線范圍內(nèi)保證一定程度的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能。
第二種方法是基于模型預(yù)測(cè)控制的控制器設(shè)計(jì)。
這種設(shè)計(jì)方法主要包括三個(gè)關(guān)鍵步驟：預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)動(dòng)態(tài);(數(shù)值)求解最優(yōu)化問(wèn)題，給出控制律或控制序列;將優(yōu)化解的第一 個(gè)元素作用于系統(tǒng)。
模型預(yù)測(cè)控制在飛行控制方面有著很明顯的優(yōu)勢(shì)，主要包括兩個(gè)方面。
一是，顯式和主動(dòng)處理約束;二是，預(yù)測(cè)模型可以進(jìn)行在線修正。
本課題針對(duì)民航商用飛機(jī)，嘗試應(yīng)用濾波方法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)飛機(jī)進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，并對(duì)可能存在的失控情況，研究改出危險(xiǎn)狀態(tài)的方法，并以一種新的控制器設(shè)計(jì)思路-模型預(yù)測(cè)控制為理論基礎(chǔ)，探討基于此理論進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的方法。
課 題 研 究 方 案 (包括具體的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題;擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析) 1. 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 課題的研究目標(biāo)包括：從 B737 的真實(shí)的飛行數(shù)據(jù)入手，建立 B737 飛機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)短時(shí)狀態(tài)預(yù)測(cè)和危險(xiǎn)狀態(tài)下的改出控制律設(shè)計(jì)。
其具體研究?jī)?nèi)容有： (1)含一定自動(dòng)飛行系統(tǒng)的 B737 飛行動(dòng)力學(xué)模型。
從現(xiàn)有的 B737 飛機(jī)數(shù)據(jù)和已有的六自由度飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的 C++開(kāi)源代碼入手，利用數(shù)據(jù)系統(tǒng)地構(gòu)建 B737 飛機(jī)模型。
它主要包括氣動(dòng)力/力矩模型、運(yùn)動(dòng)方程模型、起落架力和力矩模型、大氣紊流和風(fēng)模型等關(guān)鍵模型。
飛行系統(tǒng)模型所要完成的功能有:飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的仿真、實(shí)現(xiàn)特定狀態(tài)下的飛機(jī)配平和一定的飛機(jī)縱向面的自動(dòng)飛行任務(wù)，(如機(jī)翼水平狀態(tài)下的恒速平飛，機(jī)翼水平狀態(tài)下的穩(wěn)定爬升等)。
飛行動(dòng)力學(xué)模型將用以支持之后課題的飛行仿真及控制律驗(yàn)證可行性。
(2)飛機(jī)狀態(tài)預(yù)測(cè)及失控趨勢(shì)檢測(cè)。
針對(duì) B737 飛機(jī)模型基于動(dòng)態(tài)配平，和典型的大量事故的飛行數(shù)據(jù)，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
之后驗(yàn)證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效性，在舵面突發(fā)擾動(dòng)的情況下，將 B737 飛機(jī)的實(shí)際飛行狀態(tài)軌跡和經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的飛行狀態(tài)進(jìn)行比較，觀察尤其是會(huì)影響飛行安全的決定性參數(shù)的變化趨勢(shì)。
(3)飛機(jī)危險(xiǎn)狀態(tài)下的改出控制律設(shè)計(jì) 當(dāng) B737 飛機(jī)在遭遇會(huì)引起飛機(jī)失控的大氣擾動(dòng)的情況，采用模型預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)改出控制律，按“滾動(dòng)優(yōu)化”控制策略設(shè)置控制變量。
在飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型仿 真中，讓飛機(jī)受到突發(fā)擾動(dòng)時(shí)，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)控制的有效性。
課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題包括： (1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)問(wèn)題 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型般需要大量事故的飛行數(shù)據(jù)和風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。
而且，設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層數(shù)、神經(jīng)元個(gè)數(shù)和傳輸函數(shù)的選取都依賴于經(jīng)驗(yàn)，并沒(méi)有成熟的理論支持。
(2)決定性參數(shù)的選取 如何選取足夠的決定性參數(shù)來(lái)量化計(jì)算飛行安全是設(shè)計(jì)安全飛行包線的難點(diǎn)。
在不同的飛行狀態(tài)下，不同的狀態(tài)變量會(huì)對(duì)飛機(jī)安全有著不同程度的影響，明確哪些狀態(tài)變量更為重要，有著更為重要的控制優(yōu)先級(jí)。
(3)模型預(yù)測(cè)控制的模型選取問(wèn)題。
在改出控制律設(shè)計(jì)時(shí)，動(dòng)力學(xué)模型的選取對(duì)模型預(yù)測(cè)控制的控制效果有著至關(guān)重要的影響。
因此，對(duì)于動(dòng)力學(xué)模型的選取要十分慎重。
目前優(yōu)先采用無(wú)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)實(shí)際需要修正優(yōu)化預(yù)測(cè)模型。
(4)模型預(yù)測(cè)控制的算法選取問(wèn)題。
在模型預(yù)測(cè)控制中，優(yōu)化算法會(huì)直接影響控制律的設(shè)計(jì)，為了使得飛機(jī)狀態(tài)可以更好更快的達(dá)到理想的飛行狀態(tài)，不同的算法將會(huì)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行取舍。
2. 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析 2.1 研究方法與技術(shù)路線 飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)建模是本課題研究的基礎(chǔ)。
在此基礎(chǔ)上，研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)機(jī)制，并分別基于模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)完成對(duì)飛機(jī)改出危險(xiǎn)的控制律設(shè)計(jì)。
研究步驟如圖 2 所示。
圖 2 課題研究步驟 (1)飛機(jī)六自由度模型。
基于飛行數(shù)據(jù)建立的非線性動(dòng)力學(xué)模型通過(guò)大量插值運(yùn)算和局部近似，計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)系數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)推，充分反映了氣動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)推力的非線性動(dòng)態(tài)。
對(duì)簡(jiǎn)化非線性模型應(yīng)進(jìn)行典型操縱輸入試驗(yàn)，分別測(cè)試縱向長(zhǎng)短周期模態(tài)、滾轉(zhuǎn)衰減模態(tài)。
通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證，對(duì)簡(jiǎn)化模型進(jìn)行修正和優(yōu)化。
(2)飛機(jī)的狀態(tài)預(yù)測(cè)和控制律設(shè)計(jì)。
收集部分事故的飛行數(shù)據(jù)，用以建立基于動(dòng)態(tài)配平的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行飛機(jī)狀態(tài)預(yù)測(cè)。
并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有包線保護(hù)約束模型預(yù)測(cè)控制(MPC)，如圖 3 所示。
并將計(jì)算所得的控制變量輸入到飛行動(dòng)力學(xué)模型中，并基于 FlightGear 進(jìn)行可視化輸出，驗(yàn)證算法的有效性。
圖 3 單步仿真流程圖 2.2 研究可行性分析 目前，實(shí)驗(yàn)室已獲得 B737NG 飛機(jī)的建模的相關(guān)數(shù)據(jù)和部分飛機(jī)事故飛行數(shù)據(jù)和開(kāi)源的飛行動(dòng)力學(xué)模型 JSBSim，并已完成了飛行動(dòng)力學(xué)模型的初步建立，可用于飛行模擬器的飛行實(shí)時(shí)仿真。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行特情飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)和 MPC控制律設(shè)計(jì)完全可行。
研 究 基 礎(chǔ) (包括與本項(xiàng)目有關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績(jī);課題研究現(xiàn)有的基礎(chǔ)和已具備的實(shí)驗(yàn)條件，可能遇到的困難或問(wèn)題和擬解決的途徑和措施等)。
1.研究工作積累和已具備的實(shí)驗(yàn)條件 (1)掌握飛行動(dòng)力學(xué)建模所需的相關(guān)知識(shí)，熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的各個(gè)環(huán)節(jié)以 及一定的理論基礎(chǔ)，初步了解 MPC 的基礎(chǔ)知識(shí)和使用方法。
(2)熟練 C++相關(guān)知識(shí)，可以熟練使用 Microsoft Visual Studio 2010 所提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境。
(3) 掌握基于開(kāi)源的飛行動(dòng)力學(xué)模型代碼(JSBSim)軟件，并通過(guò)適當(dāng)修改，使飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型符合 B737 的飛行特征。
2.可能遇到的困難及解決途徑 (1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)問(wèn)題 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)在設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層數(shù)、神經(jīng)元個(gè)數(shù)和傳輸函數(shù)的選取時(shí)，大都依賴于經(jīng)驗(yàn)，并沒(méi)有成熟的理論支持。
這就需要通過(guò)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并在這些測(cè)試過(guò)程中不斷修正及優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
(2)決定性參數(shù)的選取 由于在不同的飛行狀態(tài)下，不同的狀態(tài)變量會(huì)對(duì)飛機(jī)安全有著不同程度的影響。
所以可以通過(guò)以往文獻(xiàn)確立哪些決定性參數(shù)更為關(guān)鍵，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證選取這些狀態(tài)變量為決定性參數(shù)的可行性及有效性。
(3)模型預(yù)測(cè)控制的模型選取問(wèn)題。
在改出控制律設(shè)計(jì)時(shí)，動(dòng)力學(xué)模型的選取對(duì)模型預(yù)測(cè)控制的控制效果有著至關(guān)重要的影響。
因此，對(duì)于動(dòng)力學(xué)模型的選取要十分慎重。
目前優(yōu)先采用無(wú)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)實(shí)際需要修正優(yōu)化預(yù)測(cè)模型。
(4)模型預(yù)測(cè)控制的算法選取問(wèn)題。
在模型預(yù)測(cè)控制中，優(yōu)化算法會(huì)直接影響控制律的設(shè)計(jì)，為了使得飛機(jī)狀態(tài)可以更好更快的達(dá)到理想的飛行狀態(tài)，不同的算法將會(huì)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行取舍。
研 究 計(jì) 劃 和 進(jìn) 度 2013 年 12 月-2014 年 3 月：建立飛行動(dòng)力學(xué)模型，并驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。
3 月- 6 月：完成基于飛行事故數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)，并根據(jù)實(shí)際仿真情況驗(yàn)證其有效性。
6 月- 10 月：完成基于模型預(yù)測(cè)控制的控制律設(shè)計(jì)。
10 月- 12 月：完成畢業(yè)論文。
研 究 經(jīng) 費(fèi) 預(yù) 算 與 來(lái) 源 (含支持本課題的項(xiàng)目編號(hào))
參 考 文 獻(xiàn)
文 獻(xiàn) 綜 述 (不少于 6 千字)
一、概述 飛機(jī)失控是民用運(yùn)輸機(jī)失事的主要原因之一。
導(dǎo)致飛機(jī)失控的原因有多種多樣，誘因主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。
第一，機(jī)載設(shè)備發(fā)生故障;第二，外部環(huán)境的惡劣變化和擾動(dòng);第三，飛機(jī)處于異常飛行狀態(tài)(如飛機(jī)處于不正常高度或者不正常的速度)。
隨著飛機(jī)本身的可控性和可靠性的不斷發(fā)展，由民航飛機(jī)本身的意外系統(tǒng)故障或者突發(fā)外部環(huán)境干擾直接造成飛機(jī)失控進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)事故呈下降趨勢(shì)，并且飛機(jī)在遭遇微下?lián)舯┝骰虻涂诊L(fēng)切變等大多數(shù)特殊情況下，只要機(jī)組人員做出正確判斷和決策，飛機(jī)是具有改出的能力的。
所以大多數(shù)事故是由在特情下對(duì)飛機(jī)錯(cuò)誤操作導(dǎo)致飛機(jī)振蕩、失控而產(chǎn)生的。
因此，對(duì)飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)和改出控制律設(shè)計(jì)對(duì)飛行安全是有著很大幫助。
本課題研究的目的是實(shí)現(xiàn)在特殊情況下對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的預(yù)測(cè)以及控制。
首先建立飛機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型;然后基于模型的基礎(chǔ)上，對(duì)受到特定的外部環(huán)境或自身故障影響下的飛機(jī)進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)。
最后，以包線保護(hù)為控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全飛行的目的。
二、飛機(jī)事故分析 隨著飛機(jī)安全性水平的提高，是近幾 10 年來(lái)技術(shù)進(jìn)步和管理水平提高的綜合效應(yīng)，是安全性分析、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證及管理技術(shù)和各種科學(xué)技術(shù)進(jìn)步相結(jié)合的結(jié)果。
首先，飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)、各種安全關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)和計(jì)算機(jī)、電子、信息、新材料及新工藝等的應(yīng)用，大大減少了飛行器及各種系統(tǒng)的故障;其次是各種顯示、監(jiān)控和告警設(shè)備的采用，使飛行人員能隨時(shí)了解飛行器的工作狀況，及時(shí)采取有效的防止事故發(fā)生的措施;第三是飛行人員的培訓(xùn)方法的改進(jìn)及駕駛技術(shù)的提高，減少了各種駕駛差錯(cuò)所造成的事故;
第四是地面使用、維修、保障和空中交通管制設(shè)施及技術(shù)的改進(jìn);第五是飛行安全規(guī)章及條例的實(shí)施和貫徹。
然而，近 20 多年來(lái)，一是因?yàn)轱w行器的復(fù)雜性大大提高，飛行器研制中仍然存在著一定數(shù)量的可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故的設(shè)計(jì)缺陷;二是由于人為因素導(dǎo)致災(zāi)難性飛行事故發(fā)生的主導(dǎo)因素，而且這些人為因素存在著很大的隨機(jī)性。
飛機(jī)的飛行事故受飛機(jī)設(shè)計(jì)、駕駛員操作、地面維修、空中交通管制和氣象等各種復(fù)雜因素的影響，而且許多事故往往是多種相關(guān)聯(lián)的因素影響造成的;同時(shí)，由于各種飛機(jī)因使用環(huán)境條件、飛行剖面，飛行持續(xù)時(shí)間等的不同，造成事故的主導(dǎo)因素也可能不同;此外，隨著技術(shù)進(jìn)步，造成事故的主導(dǎo)因素也可能發(fā)生變化。
美國(guó)把飛機(jī)事故主要原因劃分為駕駛和后勤兩類。
駕駛類事故包括飛機(jī)失控、撞地、空中相撞、起飛與著陸過(guò)程造成的事故;后勤類事故包括發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行操縱系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、起落架、結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備故障或維修差錯(cuò)等造成的事故。
近 20 年來(lái),雖然飛機(jī)總的事故次數(shù)在不斷下降，而這些事故中其中占絕大算數(shù)是由于人為因素而直接或者間接導(dǎo)致的飛行失控而產(chǎn)生的。
飛行失控(Loss-of-Control,LOC)是指飛機(jī)在可控飛行狀態(tài)下，由于某種原因進(jìn)入危險(xiǎn)姿態(tài)而未能正確改出，以致飛機(jī)超出正常飛行包線，從而造成飛行事故，是誘發(fā)嚴(yán)重飛行事故和人員傷亡的主要原因。
據(jù)國(guó)際民用航空組織(ICAO)的統(tǒng)計(jì)，在 2008 年商用噴氣飛機(jī)事故中，由飛機(jī)失控和可控飛行觸地引發(fā)的事故為 39起，占總事故的 42.8%，造成人員傷亡 2887，占總傷亡人數(shù)的 61.2%。
這其中，由飛機(jī)駕駛員錯(cuò)誤判斷導(dǎo)致飛行事故占到了 42.8%。
事故統(tǒng)計(jì)分析此類事故是由以下三種不利因素導(dǎo)致的。
第一，機(jī)載設(shè)備發(fā)生故障;第二，外部環(huán)境的惡劣變化和擾動(dòng);第三，飛機(jī)處于異常飛行狀態(tài)(如飛機(jī)處于不正常高度或者不正常的速度)。
而且尤以前兩個(gè)因素為主要誘因，占據(jù)了事故起因的 90%以上。
隨著飛機(jī)本身的可控性和可靠性的不斷發(fā)展，由民航飛機(jī)本身的意外系統(tǒng)故障或者突發(fā)外部環(huán)境干擾直接造成飛機(jī)失控進(jìn)而導(dǎo)致飛機(jī)事故呈下降趨勢(shì)，并且飛機(jī)在遭遇微下?lián)舯┝骰虻涂诊L(fēng)切變等大多數(shù)特殊情況下，只要機(jī)組人員做出正確判斷和決策，飛機(jī)是具有改出的能力的。
所以大多數(shù)事故是由在特情下對(duì)飛機(jī)錯(cuò)誤操作導(dǎo)致飛機(jī)振蕩、失控而產(chǎn)生的。
為避免人為差錯(cuò)，一方面是改進(jìn)飛機(jī)安全性設(shè)計(jì)和分析，采用自動(dòng)化技術(shù)，從設(shè)計(jì)上避免人為差錯(cuò)及其影響;另一方面是開(kāi)展人為因素研究,盡量避免人為差錯(cuò)，減少飛機(jī)的飛行事故。
美英等航空發(fā)達(dá)國(guó)家及世界民航組織都在實(shí)施人為因素研究計(jì)劃，主要項(xiàng)目包括飛行員疲勞、飛行時(shí)差反應(yīng)、飛行員生理節(jié)奏失調(diào)、飛行員之間的協(xié)調(diào)、人為差錯(cuò)的監(jiān)控、人為差錯(cuò)的事故鏈、飛機(jī)座艙自 動(dòng)化的人為因素以及顯示和告警系統(tǒng)的人為因素等。
就第一方面而言，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)和改出控制律設(shè)計(jì)對(duì)飛行安全是有著很大幫助。
三、飛機(jī)狀態(tài)預(yù)測(cè)模型 飛機(jī)的飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)問(wèn)題歷來(lái)是飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤以及飛行器系統(tǒng)辨識(shí)等領(lǐng)域關(guān)心的重大課題。
美國(guó)學(xué)者 RKlmn 于六十年代初提出了卡爾曼濾波算法，該算法非常適合于計(jì)算機(jī)遞推計(jì)算，成為解決狀態(tài)預(yù)測(cè)問(wèn)題的最有效手段，在工程中獲得了廣泛的應(yīng)用。
隨著應(yīng)用的展開(kāi)，人們對(duì)卡爾曼濾波算法進(jìn)行了種種的改進(jìn)。
為了適應(yīng)非線性系統(tǒng)，提出了推廣卡爾曼濾波，為進(jìn)一步提高非線性濾波精度，又研究了迭代濾波、非線性二階濾波等算法。
對(duì)于商用民航飛機(jī)而言，研究其有無(wú)發(fā)生失控的趨勢(shì)，對(duì)于提高飛行安全是很有意義的。
如在飛機(jī)發(fā)生積冰、舵面失效或者遭遇到強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí)，短時(shí)預(yù)測(cè)系統(tǒng)如果能給出飛機(jī)有無(wú)失控趨勢(shì)，這將給機(jī)組人員及時(shí)作出相應(yīng)對(duì)策有重大幫助。
因此如何借助動(dòng)力學(xué)模型，并基于模型給出失控趨勢(shì)的預(yù)測(cè)， 是目前研究的重點(diǎn)之一。
自2000年以后，F(xiàn)AA，美國(guó)波音公司，NASA蘭利研究中心等許多著名的航空研究機(jī)構(gòu)就飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)，飛行控制策略進(jìn)行了深入的研究。
就飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)而言，研究主要針對(duì)以下幾個(gè)問(wèn)題： (1)如何建立可以精確反映飛機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的非線性動(dòng)力學(xué)特性。
以往的飛行動(dòng)力學(xué)模型的理論基礎(chǔ)是在飛機(jī)平衡點(diǎn)附近，對(duì)非線性系統(tǒng)應(yīng)用一階Taylor展開(kāi), 所得結(jié)果是原非線性系統(tǒng)在特定平衡點(diǎn)周圍的局部近似。
這種方法的缺點(diǎn)主要有兩點(diǎn)。
第一, 由于采用一階Taylor展開(kāi)而帶來(lái)的舍入誤差;第二，在遇到實(shí)際微下?lián)舯┝骰蛘叩涂诊w切變時(shí)，飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已不在該平衡點(diǎn)附近，如果仍基于該線化模型進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)，其控制效果將遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到預(yù)期效果，有時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致飛機(jī)的振蕩、失控進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的飛機(jī)事故。
(2)采用何種算法進(jìn)行飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)。
對(duì)于商用民航飛機(jī)而言，目前預(yù)測(cè)失控趨勢(shì)的手段較為單一，只有基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)方法和基于小擾動(dòng)線化方程設(shè)計(jì)自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制模型。
許多成功的工程實(shí)踐證明變?cè)鲆媸且环N非常有效并廣泛使用的方法, 特別是在航空航天領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是采用多個(gè)線性控制器 來(lái)近似替代所要求的非線性控制器。
例如飛行控制系統(tǒng), 因?yàn)轱w機(jī)的動(dòng)力方程在整個(gè)飛行包線內(nèi)不能用一個(gè)線性模型表示, 所以首先在飛行包線內(nèi)選取多個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn), 在這些設(shè)計(jì)點(diǎn)上進(jìn)行線性化, 然后在每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)上采用傳統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法(如PID、LQ)設(shè)計(jì)線性控制器, 最后通過(guò)預(yù)定的調(diào)度程序在這些線性控制器之間插值,得到一個(gè)完整的非線性控制律。
傳統(tǒng)的變?cè)鲆婵刂剖茄a(bǔ)償已知非線性特性的一種有效方法, 在這種方案中, 控制器對(duì)變化的運(yùn)行條件能做出快速的反應(yīng), 但是傳統(tǒng)變?cè)鲆娣椒ǖ木窒拊谟诳刂破鞯膮?shù)是按開(kāi)環(huán)方式改變的, 沒(méi)有來(lái)自閉環(huán)系統(tǒng)性能的反饋?zhàn)饔? 而且傳統(tǒng)變?cè)鲆婵刂迫狈Ψ�(wěn)定性的嚴(yán)格理論證明。
近年來(lái), 許多學(xué)者都致力于研究一種稱為自增益調(diào)度的新控制器綜合方法, 這種方法設(shè)計(jì)出的控制器依賴于調(diào)度變量, 并且在所考慮的包線范圍內(nèi)能保證一定程度的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能,最大優(yōu)點(diǎn)是: (1)同傳統(tǒng)變?cè)鲆婵刂撇煌? 設(shè)計(jì)者不必再考慮如何插值; (2)魯棒穩(wěn)定性可以從理論上保證, 而不必通過(guò)詳盡的計(jì)算機(jī)仿真來(lái)證明。
這就是20世紀(jì)90年代后期發(fā)展的基于線性變參數(shù)(Linear Parameter Varying, LPV)系統(tǒng)的變?cè)鲆婕夹g(shù), 這種技術(shù)在工作區(qū)域期間采用自增益, 保證了閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性，并已成功應(yīng)用于固定翼飛機(jī)和無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)建模。
LPV模型是一類重要的時(shí)變系統(tǒng)模型，其狀態(tài)空間矩陣是實(shí)時(shí)可測(cè)且在閉集上變化的變參數(shù)的確定函數(shù)。
基于LPV模型的魯棒變?cè)鲆婵刂朴捎谀軌蛟诶碚撋媳ＷC系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性和魯棒性，克服了傳統(tǒng)變?cè)鲆婵刂频娜秉c(diǎn)。
由于飛機(jī)在要根據(jù)不同的改出控制策略以及飛行狀態(tài)變化而動(dòng)態(tài)更新模型，而LPV模型恰好可以通過(guò)一定的調(diào)度算法更新系數(shù)矩陣，計(jì)算獲得新的狀態(tài)。
這種在線修正的特點(diǎn)，恰好可以應(yīng)用于飛機(jī)模型的建立。
就LPV建模而言，目前LPV建模，主要分為兩類，一類是基于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)非線性系統(tǒng)方程的分析法;另外一種則是根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)法，主要是采用不同的辨識(shí)算法。
兩類方法都存在一定的缺點(diǎn)和限制。
對(duì)于分析法，第一種方法稱為雅可比線性化(Jacobian linearization)方法;第二種方法稱為狀態(tài)變換方法(State transformations) ;最后一種方法稱作函數(shù)替換法(Function substitution)。
這三種方法的共同點(diǎn)就是都依賴系統(tǒng)的平衡點(diǎn)，其中前兩種方法 依賴于系統(tǒng)的多個(gè)平衡點(diǎn)，保守性更大些，最后一種方法只依賴于系統(tǒng)的一個(gè)平衡點(diǎn)。
由于三種方法的共同缺點(diǎn)就是對(duì)平衡點(diǎn)的依賴，并且平衡點(diǎn)的選取對(duì)于系統(tǒng)性能的影響目前還沒(méi)有計(jì)算方法，同時(shí)引入了平衡點(diǎn)就增加了系統(tǒng)的誤差，也增加了計(jì)算量，而且求取系統(tǒng)的平衡點(diǎn)也是一件非常復(fù)雜的事情。
另一類LPV建模是利用實(shí)驗(yàn)法，通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)的方法首先獲得系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然后轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)FT的形式，最后獲得LPV系統(tǒng)的多胞形結(jié)構(gòu)，并將結(jié)果應(yīng)用于控制中。
在LPV建模的基礎(chǔ)上，飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)可以得到進(jìn)一步完善。
一種方法是采用狀態(tài)濾波方法，狀態(tài)濾波方法是，在LPV模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用推廣卡爾曼濾波或無(wú)味濾波短時(shí)估計(jì)失控后的飛行狀態(tài)變化。
只要有完整氣動(dòng)數(shù)據(jù)的支持，這種估計(jì)方法能在很大程度上逼近實(shí)際情況，并且該方法已成功運(yùn)用在無(wú)人機(jī)失控后的狀態(tài)估計(jì)，并與實(shí)際飛行狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。
另一種是采用基于動(dòng)態(tài)配平(dynamic trim)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法。
這種方法先將飛機(jī)的狀態(tài)變量分為受到擾動(dòng)后可以快速達(dá)到平衡的快速狀態(tài)變量和受到擾動(dòng)后緩慢隨時(shí)間變化的慢速狀態(tài)變量，之后以慢速狀態(tài)變量和飛行控制變量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，飛行決定性參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出，并基于飛機(jī)較完整的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
應(yīng)用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)處于各種飛行狀態(tài)和控制輸入情況下的飛機(jī)進(jìn)行飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)。
不過(guò)這種預(yù)測(cè)方式一般需要大量事故的飛行數(shù)據(jù)的支持和風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持才能有很好的效果。
四、飛機(jī)改出控制律設(shè)計(jì) 美國(guó)波音公司，NASA蘭利研究中心等許多著名的航空研究機(jī)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)更全面的飛行安全控制策略，提出了基于包線保護(hù)策略的飛行安全控制律設(shè)計(jì)方案。
即在有外部環(huán)境干擾(如湍流或者低空飛切變)或者飛機(jī)本身的意外系統(tǒng)故障(如單發(fā)停車或者飛機(jī)舵面卡阻)的情況下，預(yù)測(cè)飛機(jī)飛行狀態(tài)，并給出飛機(jī)控制律或者一組控制序列，使飛機(jī)可以在安全狀態(tài)下(即安全的飛行包線內(nèi))實(shí)現(xiàn)改出或者降落。
飛行包線綜合地描述了一架飛機(jī)所能安全飛行的高度與速度范圍，反映了氣動(dòng)、推力和結(jié)構(gòu)等因素對(duì)飛行范圍的限制。
以B737飛機(jī)為例，如圖1(a)所示，為B737飛機(jī)建模數(shù)據(jù)提供的該機(jī)襟翼收起的正常飛行的迎角-側(cè)滑角包線，(b) 圖所示，為襟翼著陸構(gòu)型時(shí)的包線。
可以看出，一般商用飛機(jī)經(jīng)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證的包線只是飛行模擬器上所用包線的子包絡(luò)，只有在經(jīng)驗(yàn)證的包線內(nèi)飛行才是絕對(duì)安全的。
包線保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)控制律設(shè)計(jì)、增加限制器等措施使得飛機(jī)能夠在包線范圍內(nèi)安全飛行。
目前，包線保護(hù)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在改出風(fēng)切變飛控設(shè)計(jì)中 [7] 。
圖 1 B-737 飛機(jī)迎角-側(cè)滑角包線 由上述可知，飛行安全的關(guān)鍵就是當(dāng)飛機(jī)狀態(tài)處于飛行包線邊緣，即臨界狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)飛機(jī)自動(dòng)飛行系統(tǒng)自身或者人為干預(yù)使得飛機(jī)改出可以危險(xiǎn)姿態(tài)，避免出現(xiàn)超出飛行包線的發(fā)生。
因此要實(shí)現(xiàn)基于包線保護(hù)系統(tǒng)的飛行安全策略關(guān)鍵包括兩個(gè)方面： (1)決定性參數(shù)的選取與安全包線的制定。
在不利因素干擾下, 飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不斷變化。
對(duì)于這些特殊飛行狀態(tài), 將那些對(duì)飛行安全性具有決定性作用的參數(shù)稱為決定性參數(shù)。
通常情況下決定性參數(shù)會(huì)包括: 迎角、過(guò)載、表速、滾轉(zhuǎn)角速度等。
(2)在危險(xiǎn)狀態(tài)下的改出控制律設(shè)計(jì)。
目前，主要有兩種設(shè)計(jì)方法。
一種是 基于LPV模型的變?cè)鲆婵刂破髟O(shè)計(jì)。
基于LPV模型的變?cè)鲆婵刂破骺梢岳糜邢迋�(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)(平衡點(diǎn))，自行進(jìn)行自增益調(diào)節(jié)，進(jìn)而完成對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的控制，并且在所考慮的包線范圍內(nèi)保證一定程度的魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能。
第二種方法是基于模型預(yù)測(cè)控制的控制器設(shè)計(jì)。
這種設(shè)計(jì)方法主要包括三個(gè)關(guān)鍵步驟：預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)動(dòng)態(tài);(數(shù)值)求解最優(yōu)化問(wèn)題，給出控制律或控制序列;將優(yōu)化解的第一個(gè)元素作用于系統(tǒng)。
模型預(yù)測(cè)控制在飛行控制方面有著很明顯的優(yōu)勢(shì)，主要包括兩個(gè)方面。
一是，顯式和主動(dòng)處理約束;二是，預(yù)測(cè)模型可以進(jìn)行在線修正。
模型預(yù)測(cè)控制(Model Predictive Control，MPC)是一種基于模型的先進(jìn)控制技術(shù)，它是20 世紀(jì) 70 年代中后期在歐美工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)的一類新型計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制算法。
該算法直接產(chǎn)生于工業(yè)過(guò)程控制的實(shí)際應(yīng)用，并在與工業(yè)應(yīng)用的緊密結(jié)合中不斷完善和成熟。
經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都需要受控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，然而實(shí)際中的對(duì)象往往是多變量、高階、時(shí)變的復(fù)雜過(guò)程。
與之相反，模型預(yù)測(cè)控制對(duì)模型精度的要求不高，同時(shí)卻具有較高的控制性能。
模型預(yù)測(cè)控制的優(yōu)點(diǎn)決定了該方法能夠有效地用于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的控制，并且已在石油、化工、冶金、機(jī)械等工業(yè)部門的過(guò)程控制系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。
近十多年來(lái)，預(yù)測(cè)控制在理論和應(yīng)用方面發(fā)展十分迅速。
結(jié)合近幾年發(fā)展起來(lái)的各種先進(jìn)控制策略，形成了一系列預(yù)測(cè)控制新算法。
如極點(diǎn)配置預(yù)測(cè)控制、解耦預(yù)測(cè)控制、前饋補(bǔ)償預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制、魯棒預(yù)測(cè)控制、智能預(yù)測(cè)控制等。
極點(diǎn)配置預(yù)測(cè)控制是將極點(diǎn)配置方法與預(yù)測(cè)控制技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)改變控制器的參數(shù)或在目標(biāo)函數(shù)中引入加權(quán)多項(xiàng)式等方法來(lái)配置閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)，使閉環(huán)系統(tǒng)有期望的穩(wěn)定度。
解耦預(yù)測(cè)控制是一類在多變量系統(tǒng)解耦基礎(chǔ)上的預(yù)測(cè)控制算法，通過(guò)分散化和關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)，得出一種建立在解耦基礎(chǔ)上的多變量 DMC 設(shè)計(jì)方法。
前饋補(bǔ)償預(yù)測(cè)控制是在預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)中引入前饋補(bǔ)償器，構(gòu)成前饋通道，來(lái)抑制擾動(dòng)的具有擾動(dòng)前饋補(bǔ)償功能的預(yù)測(cè)控制算法。
利用前饋補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解耦功能，提出一種基于多輸入多輸出模糊控制器的廣義預(yù)測(cè)控制算法。
自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制是將預(yù)測(cè)控制與自適應(yīng)控制相結(jié)合構(gòu)成的一類自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制器，實(shí)現(xiàn)方法很多。
目前，預(yù)測(cè)控制已經(jīng)發(fā)展到針對(duì)有擾動(dòng)、有攝動(dòng)和有約束的模型預(yù)測(cè)控制， 研究其穩(wěn)定性、魯棒性、可行性等。
帶有約束的模型預(yù)測(cè)控制(CMPC)和非線性模型預(yù)測(cè)控制已成為模型預(yù)測(cè)控制研究的熱點(diǎn)。
一般地說(shuō)，實(shí)際工業(yè)過(guò)程常常具有非線性、時(shí)變性和不確定性，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型。
即使一些對(duì)象能夠建立起數(shù)學(xué)模型，結(jié)構(gòu)也往往十分復(fù)雜，難以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有效的控制。
從工程應(yīng)用角度，人們希望對(duì)象的模型盡量簡(jiǎn)化，系統(tǒng)在不確定性因素的影響下能保持良好的性能，且要求控制算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，以滿足實(shí)時(shí)控制的需要。
研究在模型預(yù)測(cè)控制的框架內(nèi)如何處理模型的不確定性，從而使預(yù)測(cè)控制方法具有一定的魯棒性，稱為魯棒預(yù)測(cè)控制研究。
將魯棒控制的一些方法引入預(yù)測(cè)控制中，以提高控制系統(tǒng)的魯棒性，對(duì)于以工程應(yīng)用為背景產(chǎn)生的模型預(yù)測(cè)控制具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
本課題針對(duì)民航商用飛機(jī)，嘗試應(yīng)用濾波方法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)飛機(jī)進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)，并對(duì)可能存在的失控情況，研究改出危險(xiǎn)狀態(tài)的方法，并以一種新的控制器設(shè)計(jì)思路-模型預(yù)測(cè)控制為理論基礎(chǔ)，探討基于此理論進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的方法。
開(kāi) 題 報(bào) 告 專 家 組 考 核 意 見(jiàn) (包括專家組提出的意見(jiàn)和建議，總體考核結(jié)論：通過(guò)、修改后通過(guò)或不通過(guò)) 專家組成員(簽字) 年 月 日 導(dǎo)師意見(jiàn) 導(dǎo)師(簽字)： 年 月 日 系意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日學(xué)院 意見(jiàn) 負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日 備 注
【二】碩士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告最佳范文
立論依據(jù)
課題來(lái)源及研究的目的和意義：
課題來(lái)源：
我國(guó)學(xué)術(shù)界早在20世紀(jì)80年代末就開(kāi)始對(duì)高校大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題進(jìn)行研究，研究成果突出。
然而，將大學(xué)生就業(yè)與和諧理念相結(jié)合的研究相對(duì)較少。
目前，雖然中共中央以及各級(jí)政府，社會(huì)上企事業(yè)單位都很重視大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題，也實(shí)施各種積極的就業(yè)政策，但是中國(guó)當(dāng)前的大學(xué)生就業(yè)仍然不容樂(lè)觀。
大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題日益突出，解決大學(xué)生的充分就業(yè)問(wèn)題是國(guó)家繁榮、社會(huì)穩(wěn)定、高校和諧、個(gè)人幸福的根本保障。
它與社會(huì)、高校、個(gè)人的切身利益息息相關(guān)。
目前，我國(guó)正處于構(gòu)建和諧社會(huì)的攻堅(jiān)階段，構(gòu)建和諧社會(huì)要求實(shí)施積極的就業(yè)政策，發(fā)展和諧勞動(dòng)關(guān)系，大學(xué)生作為社會(huì)的高端人才，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生和諧就業(yè)能夠推動(dòng)和諧社會(huì)的建設(shè)。
因此，選擇本課題是基于社會(huì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提出來(lái)的，旨在通過(guò)分析研究能夠在一定程度上解決大學(xué)生就業(yè)難問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)大學(xué)生和諧就業(yè)，加快和諧社會(huì)建設(shè)的步伐。
研究目的：
近幾年來(lái)，大學(xué)生就業(yè)難的呼聲日漸高漲，因此，在當(dāng)前就業(yè)形勢(shì)日益嚴(yán)峻的背景下，研究大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題具有急迫性和重要性。
首先，當(dāng)前大學(xué)生就業(yè)是全社會(huì)就業(yè)的重要組成部分，如果畢業(yè)生不能順利就業(yè)，不僅直接影響畢業(yè)生個(gè)人的生活和思想情緒，會(huì)誘發(fā)各種矛盾和問(wèn)題，直接影響到我國(guó)和諧社會(huì)構(gòu)建和發(fā)展。
其次，大學(xué)生畢業(yè)后能否成功就業(yè)，在一定程度上反映當(dāng)前高等教育的辦學(xué)水平和質(zhì)量，關(guān)系到高等教育大眾化的進(jìn)展。
最后，，就業(yè)是民生之本，是涉及到百姓切身利益的民生問(wèn)題。
解決大學(xué)生的充分就業(yè)問(wèn)題是國(guó)家繁榮、社會(huì)穩(wěn)定、高校和諧、個(gè)人幸福的根本保障。
因此，文章試圖突破性地從和諧理念出發(fā)，在分析當(dāng)前大學(xué)生就業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從政府、用人單位、高校、家庭以及大學(xué)生個(gè)人等方面分析出現(xiàn)就業(yè)不和諧的原因，進(jìn)而用辯證唯物主義和諧觀有針對(duì)性的提出解決思路與方法，從而達(dá)到大學(xué)生和諧就業(yè)2015碩士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告最佳范文2015碩士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告最佳范文。
通過(guò)本論文的系統(tǒng)研究，將有利于促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、高等教育健康運(yùn)行、大學(xué)生個(gè)體社會(huì)價(jià)值實(shí)現(xiàn)以及社會(huì)主義和諧社會(huì)的構(gòu)建。
研究意義：
胡同志指出，大學(xué)生是國(guó)家的寶貴資源，是民族的希望，是祖國(guó)的未來(lái)。
2015年3月，總理鄭重指出 無(wú)論是大學(xué)生還是農(nóng)民工的就業(yè)，不僅關(guān)系他們的生計(jì)，還關(guān)系他們的尊嚴(yán)。
就業(yè)是大學(xué)生人生的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是其追求理想、實(shí)現(xiàn)自我社會(huì)價(jià)值的新起點(diǎn)。
大學(xué)生能夠和諧就業(yè)還關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、和諧社會(huì)的構(gòu)建、高等教育大眾化的進(jìn)展等社會(huì)方方面面的發(fā)展。
中共中央高度重視大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題。
目前，大學(xué)生就業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻，結(jié)構(gòu)性矛盾突出、就業(yè)環(huán)境不和諧、就業(yè)市場(chǎng)不完善、就業(yè)指導(dǎo)欠缺等多方面原因造成大學(xué)生就業(yè)不和諧的現(xiàn)狀。
中共中央高度重視在這樣的背景下，深入研究大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值
理論意義
第國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題的研究相對(duì)比較活躍，發(fā)表的文章也積累了一定的數(shù)量，并且取得了一定的成果。
但是，關(guān)于大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題的研究比較少，本文章主要研究大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題，這樣在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上深化了關(guān)于大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題的研究。
第大學(xué)生和諧就業(yè)是本研究很重要的一個(gè)觀念，雖然已有文獻(xiàn)中出現(xiàn)過(guò)這個(gè)名稱，但鮮見(jiàn)對(duì)其的界定，對(duì)此，本文章試圖對(duì)其進(jìn)行闡釋。
這樣在一定程度上就彌補(bǔ)了對(duì)該問(wèn)題研究的不足，豐富了在大學(xué)生就業(yè)領(lǐng)域研究的內(nèi)容。
實(shí)踐意義
第研究大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題能夠加快國(guó)家制定鼓勵(lì)大學(xué)生就業(yè)的政策，能夠推動(dòng)大學(xué)生就業(yè)機(jī)制的完善。
第研究大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題能夠?yàn)楦咝＿M(jìn)行教育改革、轉(zhuǎn)變大學(xué)生培養(yǎng)模式提供一定的借鑒作用。
第研究大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題能夠?yàn)橛萌藛挝恢贫ㄈ肆Y源計(jì)劃提供一定的啟示，從而加快大學(xué)生就業(yè)市場(chǎng)的完善。
第研究大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題能夠?yàn)榇髮W(xué)生在就業(yè)過(guò)程中解決就業(yè)難題提供一定的啟示作用，從而實(shí)現(xiàn)和諧就業(yè)。
文獻(xiàn)綜述
國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析： 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：
近年來(lái)我國(guó)在大學(xué)生就業(yè)領(lǐng)域的研究非�；钴S，目前，發(fā)表于各類雜志刊物的關(guān)于大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題的論文也已積累了相當(dāng)大的數(shù)量，為我國(guó)當(dāng)代大學(xué)生就業(yè)提供了很多理論指導(dǎo)。
但是，目前，我國(guó)關(guān)于大學(xué)生和諧就業(yè)的研究相對(duì)較少，理論成果相對(duì)也比較少。
同時(shí)，傳統(tǒng)的研究視域、研究取向、研究路徑有待進(jìn)一步改善，這就要求我們發(fā)揮主觀能動(dòng)性，從而進(jìn)行深層次的探索和研究。
我國(guó)理論界對(duì)高校大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題的研究，大致可分為三個(gè)時(shí)期：第一個(gè)時(shí)期是20世紀(jì)80年代末，當(dāng)時(shí)主要是研究計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下行業(yè)需要與畢業(yè)生 對(duì)口就業(yè) 的問(wèn)題，而對(duì)就業(yè)制度本身以及就業(yè)問(wèn)題產(chǎn)生的原因、特點(diǎn)和規(guī)律性的東西較少涉及;第二個(gè)時(shí)期是20世紀(jì)90年代初期，當(dāng)時(shí)正值計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌，因此這一時(shí)期的研究重點(diǎn)主要放在高校畢業(yè)生就業(yè)制度改革以及就業(yè)觀念的變化上;第三個(gè)時(shí)期是20世紀(jì)90年代末，中國(guó)在世紀(jì)之交啟動(dòng)了高等教育大眾化進(jìn)程，高校畢業(yè)生就業(yè)問(wèn)題日益突出，因此研究大眾化進(jìn)程中的就業(yè)制度改革、就業(yè)矛盾的新特點(diǎn)、就業(yè)中公平問(wèn)題、就業(yè)中所面臨的挑戰(zhàn)以及就業(yè)的前景等問(wèn)題，成為該時(shí)期的重點(diǎn)。
目前，中國(guó)學(xué)生在就業(yè)過(guò)程中呈現(xiàn)出來(lái)的不和諧現(xiàn)狀凸顯出研究大學(xué)生就業(yè)的重要性2015碩士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告最佳范文工作報(bào)告。
就我國(guó)目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題做出了一定的研究，也取得了一定的成果
對(duì)大學(xué)生就業(yè)狀況的研究
近年來(lái)，對(duì)大學(xué)生就業(yè)所做的調(diào)查分析，比較有代表性的有北京大學(xué)閔xx等做的
這些調(diào)查研究?jī)?nèi)容較為詳實(shí)、客觀，具有較強(qiáng)的說(shuō)服力和重要的參考價(jià)值。
對(duì)大學(xué)生就業(yè)現(xiàn)狀的原因及對(duì)策的研究
針對(duì)大學(xué)生就業(yè)現(xiàn)狀的原因和對(duì)策的研究理論成果比較豐富。
具有代表性的有西安科技大學(xué)倪淵的《大學(xué)上就業(yè)難的成因及對(duì)策》，沈燕的《試論嚴(yán)峻就業(yè)形勢(shì)下做好大學(xué)生就業(yè)工作的突破點(diǎn)》(中州學(xué)刊， 2015)，郝曉艷《大學(xué)生就業(yè)難及其解決思路》(中共山西省委黨校學(xué)報(bào)，20XX)，姬養(yǎng)洲的《20XX年高校畢業(yè)生就業(yè)形勢(shì)分析及對(duì)策》(人才資源開(kāi)發(fā)，20XX)等文章等都對(duì)大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題進(jìn)行了探討。
學(xué)者們大都是在分析中國(guó)目前大學(xué)生就業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從政府、用人單位、高校、家庭、學(xué)生自身等方面出發(fā)分析就業(yè)難的原因并尋求解決對(duì)策。
對(duì)大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題的研究
對(duì)大學(xué)生和諧就業(yè)問(wèn)題研究的文獻(xiàn)比較少，與其內(nèi)容相關(guān)的文章有：
國(guó)外研究現(xiàn)狀：
在國(guó)外，由于各國(guó)政治環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、高校教育發(fā)展程度、社會(huì)現(xiàn)狀各不相同，各國(guó)大學(xué)生就業(yè)呈現(xiàn)出不同特點(diǎn)。
國(guó)外學(xué)術(shù)界對(duì)大學(xué)生就業(yè)的研究，，是建立在成熟的勞動(dòng)力市場(chǎng)基礎(chǔ)上的。
學(xué)者們大多基于現(xiàn)代人力資源管理思想和勞動(dòng)力市場(chǎng)理論來(lái)研究就業(yè)問(wèn)題。
勞動(dòng)力市場(chǎng)理論主要運(yùn)用工資競(jìng)爭(zhēng)、職位競(jìng)爭(zhēng)等理論來(lái)分析，完善勞動(dòng)力市場(chǎng)是解決畢業(yè)生就業(yè)問(wèn)題的重要步驟。
大多數(shù)學(xué)者分別從畢業(yè)生的供給、需求、供需匹配等方面來(lái)進(jìn)行研究2015碩士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告最佳范文2015碩士畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告最佳范文。
例如，卡諾就把大學(xué)畢業(yè)生的就業(yè)難問(wèn)題歸因于勞動(dòng)力市場(chǎng)的需求方，認(rèn)為是資本主義企業(yè)追求利潤(rùn)最大化的結(jié)果，因?yàn)槭I(yè)大學(xué)生的存在有利于滿足企業(yè)對(duì)技術(shù)人才的需求，也有利于壓低工資和提高在崗大學(xué)生的生產(chǎn)力。
國(guó)際上對(duì)大學(xué)生就業(yè)問(wèn)題研究的另一個(gè)重要角度，是對(duì)大學(xué)畢業(yè)生的就業(yè)力研究，并圍繞這一問(wèn)題產(chǎn)生了一系列的探討。
比如，大衛(wèi)、皮爾斯的《進(jìn)入高等教育前的就業(yè)力和學(xué)生的教育經(jīng)歷》、曼茲、約克的《向高等教育過(guò)渡：關(guān)于 就業(yè)力議題 的一些觀點(diǎn)》、曼茲、約克和皮特爾、奈特的《本科課程與就業(yè)力》等都從高等院校和學(xué)生自身為出發(fā)點(diǎn)探討如何通過(guò)學(xué)校教育提升大學(xué)生自身的競(jìng)爭(zhēng)力。
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