考虑舵面效能损失的着舰主被动复合容错控制

doi:10.7527/S1000-6893.2026.32544

电子电气工程与控制

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考虑舵面效能损失的着舰主被动复合容错控制

周大鹏¹(), 甄冲¹, 曲晓雷¹, 罗斐²

^1.中国航空工业集团沈阳飞机设计研究所飞行控制部，沈阳 110035
^2.大连理工大学力学与航空航天学院，大连 116024

收稿日期:2025-07-10 修回日期:2025-10-16 接受日期:2026-02-04 出版日期:2026-03-05 发布日期:2026-02-27
通讯作者: 周大鹏 E-mail:18624064969@buaa.edu.cn

Hybrid active-passive fault-tolerant control for carrier landing subject to control surface effectiveness loss

Dapeng ZHOU¹(), Chong ZHEN¹, Xiaolei QU¹, Fei LUO²

^1.Flight Control Department，Shenyang Aircraft Design Research Institute，AVIC，Shenyang 110035，China
^2.School of Mechanics and Aerospace Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China

Received:2025-07-10 Revised:2025-10-16 Accepted:2026-02-04 Online:2026-03-05 Published:2026-02-27
Contact: Dapeng ZHOU E-mail:18624064969@buaa.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

在舰载机着舰过程中，受复杂恶劣的海面环境、甲板运动及舰艉流等强干扰影响，舵面故障的概率显著增加，可能导致着舰控制精度下降，甚至引发瞬时失稳等问题。融合被动容错控制与主动容错控制的优点，提出一种基于直接升力模式的主被动复合容错飞行控制方法。首先，针对舵面故障初期舰载机响应特性突变的问题，设计基于预定义时间全局快速终端滑模的被动容错控制方法，保证舰载机在预定时间内的飞行瞬时稳定性，并提升控制系统的鲁棒性。然后，针对着舰末段的高精度控制需求，设计基于在线辨识的主动自适应重构控制，增强舰载机故障后的姿态和航迹跟踪控制能力。最后，通过数学仿真及工程应用性仿真试验，验证该方法在升降舵和襟翼损伤故障情况下的有效性。仿真结果证明，在不同舵面损伤程度下，该方法相比直接升力比例-积分-微分（PID）着舰控制方法及单一被动或主动容错控制，具有更强的鲁棒性和控制性能。

关键词: 直接升力着舰, 主被动复合容错控制, 滑模控制, 自适应控制, 舵面损伤

Abstract:

During the carrier landing of carrier-based aircraft， strong disturbances such as complex harsh marine environment， deck motion， and ship stern flow significantly increase the probability of control surface faults， which may degrade landing control accuracy and even lead to instantaneous flight instability. This paper integrates the advantages of passive fault-tolerant control and active fault-tolerant control， and proposes an active-passive composite fault-tolerant flight control method based on direct lift control. Firstly， to address the abrupt change in the response characteristics of carrier-based aircraft at the initial stage of control surface faults， a passive fault-tolerant control method based on predefined-time global fast terminal sliding mode is designed to ensure the instantaneous flight stability of carrier-based aircraft within a prescribed time and improve the robustness of the control system. Then， to satisfy the high-precision control requirements in the terminal landing phase， an active adaptive reconfigurable control method based on online identification is designed to enhance the attitude and trajectory tracking control capability of faulty carrier-based aircraft. Finally， mathematical simulations and engineering application simulation tests are conducted to verify the effectiveness of the proposed method under elevator and flap damage faults. The simulation results demonstrate that the proposed method possesses stronger robustness and better control performance than the direct-lift Proportional-Integral-Derivative （PID） landing control method and the single passive or active fault-tolerant control under different degrees of control surface damage.

Key words: direct lift landing, active-passive composite fault-tolerant control, sliding mode control, adaptive control, control surface damage

中图分类号:

V249.1

周大鹏, 甄冲, 曲晓雷, 罗斐. 考虑舵面效能损失的着舰主被动复合容错控制[J]. 航空学报, 2026, 47(11): 332544.

Dapeng ZHOU, Chong ZHEN, Xiaolei QU, Fei LUO. Hybrid active-passive fault-tolerant control for carrier landing subject to control surface effectiveness loss[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(11): 332544.

图/表 12

图 1

图 2

表 1

主被动复合着舰容错控制方法控制参数设计

状态参数	数值
$K θ$	0.8
$K q$	0.3
$β 1$	0.6
$β 2$	0.3
$K γ$	8

表 1

表 2

仿真初始输入

状态参数	数值
初始高度/m	110
初始速度/（ $m ⋅ s - 1$ ）	80
初始迎角/（°）	12
初始轨迹角/（°）	-4
故障发生时刻/s	2

表 2

图 3

图 4

图 5

图 6

表3

图 7

图 8

图 9

参考文献 34

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