本文档是一篇硕士学位论文，题为《复合式共轴双旋翼高速直升机飞行边界安全保护控制技术研究》，作者为戴兴安，指导教师为盛守照教授，由南京航空航天大学自动化学院于2019年3月提交。该论文主要研究复合式共轴双旋翼高速直升机的飞行边界安全保护控制技术，旨在提升高速直升机的飞行可靠性和工程实现。

研究背景与意义

复合式共轴高速直升机（Composite Coaxial High-Speed Helicopter, CCHSH）因其飞行速度快、机动性好等优点，在军事和民用领域具有广泛的应用前景。然而，由于其操纵机构复杂、通道耦合严重，高速直升机的研究仍面临许多挑战。本文从飞行安全保护的角度出发，研究其飞行安全边界范围和边界保护控制策略，为未来提升高速直升机飞行可靠性提供理论基础。

研究内容与结构

论文共分为六章，主要内容如下：

1. 绪论：介绍了高速直升机的研究背景、国内外研究现状以及边界保护控制技术的研究现状。高速直升机因其垂直起降、高机动性等优势，在军事和民用领域具有重要应用价值。然而，飞行速度的提升带来了操纵复杂性和飞行安全的挑战。本文的研究旨在解决这些问题，提升高速直升机的飞行安全性。

2. 共轴高速直升机建模与分析：采用模块化建模思想，建立了共轴高速直升机的六自由度非线性数学模型，并通过配平分析和线性化处理，为后续控制律设计奠定了基础。论文详细介绍了共轴高速直升机的构型布局、操纵特点以及建模过程中的假设条件。

3. 典型飞行模态下控制律设计：根据共轴高速直升机的飞行特点，将其飞行阶段划分为低速、中高速和高速三个阶段，并设计了相应的控制律。通过仿真验证，证明了所设计的控制律能够精确跟踪任务指令，具有良好的控制效果。

4. 共轴高速直升机安全边界生成：提出了基于功率平衡限制和后向可达集的安全边界生成方法。通过理论分析和工程经验相结合，确定了不同飞行状态下需要保护的关键飞行参数，并生成了高速直升机的安全飞行边界。

5. 共轴高速直升机边界安全保护策略设计：基于已设计的飞行控制律和确定的安全飞行范围，提出了控制量优化和指令优化相结合的边界保护策略。针对快变状态量和慢变状态量，分别采用神经网络自适应动态逆和动态配平的方法进行保护。仿真结果表明，所提出的方法能够有效实现边界保护功能。

6. 总结与展望：总结了本文的主要研究内容，并对未来研究方向进行了展望。论文的研究成果为高速直升机的飞行安全提供了理论支持，但仍有许多问题有待进一步研究。

研究方法与创新点

1. 建模与分析：论文采用模块化建模思想，建立了共轴高速直升机的六自由度非线性数学模型，并通过配平分析和线性化处理，为后续控制律设计提供了基础。

2. 控制律设计：论文根据共轴高速直升机的飞行特点，设计了低速、中高速和高速三个阶段的控制律，并通过仿真验证了其有效性。

3. 安全边界生成：论文提出了基于功率平衡限制和后向可达集的安全边界生成方法，通过理论分析和工程经验相结合，确定了不同飞行状态下需要保护的关键飞行参数。

4. 边界保护策略：论文提出了控制量优化和指令优化相结合的边界保护策略，针对快变状态量和慢变状态量，分别采用神经网络自适应动态逆和动态配平的方法进行保护。

研究意义与价值

本文的研究成果为高速直升机的飞行安全提供了理论支持，具有重要的科学价值和应用价值。通过建立全包线、三飞行模式的动力学数学模型，设计了适用于不同飞行阶段的控制律，并提出了有效的边界保护策略，为高速直升机的工程实现和飞行安全提供了重要参考。

亮点与创新

1. 全包线建模：论文建立了共轴高速直升机的全包线、三飞行模式的动力学数学模型，为后续控制律设计和边界保护提供了基础。

2. 多模态控制律设计：论文根据共轴高速直升机的飞行特点，设计了适用于低速、中高速和高速三个阶段的控制律，并通过仿真验证了其有效性。

3. 边界保护策略：论文提出了控制量优化和指令优化相结合的边界保护策略，针对快变状态量和慢变状态量，分别采用神经网络自适应动态逆和动态配平的方法进行保护，具有较高的创新性。

未来展望

尽管本文在高速直升机的飞行边界安全保护控制技术方面取得了一定的研究成果，但仍有许多问题有待进一步研究。例如，如何在全包线内实现更精确的边界判定与保护，如何进一步提升控制律的鲁棒性和适应性，以及如何在实际工程中应用这些理论成果等。未来的研究可以进一步探索这些问题，以推动高速直升机技术的进一步发展。