一种飞机推出模糊滑模控制方法
一种飞机推出模糊滑模控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞机推出模糊滑模方法，特别涉及一种飞机推出模糊滑模控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国航空运输的快速发展，民航业务需求量持续上升。2013年，全国民航旅客 吞吐量达到3. 54亿人，且近几年的年均增长率均在10%以上。然而，我国机场基础设施的 建设却因受到各方面的限制和影响而难以与日益增长的旅客客流相匹配，造成机场"容量" 与客流"需求"之间的失衡。一方面，作为飞机离港过程中的瓶颈，机场跑道本身具有物理 限制（如修建周期长，过程复杂及投资大），短期内难以得到缓解。另一方面，我国机场业务 不均衡问题突出，航空运力集中于少数几个大型枢纽机场的现象加剧了我国机场现有运行 资源的紧张局面。当机场容量小于航班流量时，就会发生交通拥挤和延误现象，给民航运输 业的发展带来挑战。
[0003] 机场地面交通拥堵所导致的直接后果就是航班延误加剧、飞机轮候时间延长。据 统计，2010年，我国总体航正点率仅为75. 8%。解决机场地面交通拥堵的问题有以下两种 方法：一是，加强机场基础设施建设，增加机场容量；二是，通过智能控制飞机离港过程，提 高现有机场基础设施的使用效率。就当前情况来看，后者才是解决机场地面交通拥堵问题 的最直接、快速、有效途径。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决机场地面交通拥挤，机场地面运行效率低，飞机地面油 耗高和环境污染的问题而提出的一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0005] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 步骤一：分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程 建模的假设条件；
[0007] 其中，飞机离港过程的约束条件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞 机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞机离港过程建模做如下假设条件为：飞机都取相同的 最小尾流安全距离；
[0008] 步骤二：运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞机离港过程看作一个 串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长度r和飞机离港过程 串联排队系统的平均轮候时间1F;
[0009] 步骤三：采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场地面信息，并将机场地 面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地面信息的模拟信号转化 为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用 时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率A :和A 2、单位时间内滑行道和跑道的 服务率y :和y 2;
[0010] 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用r和p计算得到单位时间内飞机平均排 队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t); [0011] 步骤五：将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为 输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数 量 U(t);
[0012] 步骤六：将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑模控制器中；如 果切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，将u(t)直接输出；如果切换增益不 能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，对u(t)进行纠正得到可靠值u' (t)，并将纠 正后的u' (t)输出给执行结构，其中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的u(t)或 u' (t)统称为 N(t);
[0013]步骤七：模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t)的数字信号转化 成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信息的电子设备发 送推出指令；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0014] 发明效果
[0015] 为了缓解机场地面交通拥挤，提高机场地面运行效率，减少飞机地面油耗和环境 污染，实现飞机离港过程的智能控制，本发明公开了一种飞机推出模糊滑模控制方法，包括 飞机离港过程分析，飞机离港过程建模，定时数据采集及处理，模糊控制器运算，滑模控制 器验证，输出执行指令。通过分析飞机离港过程，将该过程视为一个串联排队系统，运用排 队论构建飞机离港队列模型，得到飞机离港队列的平均排队长度和平均轮候时间的计算公 式；采集单位时间内飞机滑行时间及在跑道加速至起飞所用时间等数据，求得单位时间内 飞机离港队列的平均排队长度，平均轮候时间，队列长度误差及其变化量；以排队长度误差 及其变化量为输入、推出飞机数量为输出，设计一个双输入单输出结构的模糊控制器，根据 模糊控制规则和推理运算确定推出飞机数量，将其输入以状态空间、切换函数、控制函数构 成的滑模控制器中，以判断该输出量（推出飞机数量）是否可靠，若可靠，则直接输出；若不 可靠，则经纠正后输出；输出量经转换器由数字信号转化成模拟信号，反馈给执行机构，下 达飞机推出指令。本发明以模糊控制器为主控运算，辅以滑模控制器的验证纠错功能，实现 飞机推出的双保险控制，可有效地缓解机场地面交通拥堵，提高机场运行效率，还可最大程 度地将飞机在滑行道和跑道队列中的轮候时间转化为停机坪的等待时间，还可减少飞机待 飞油耗，降低环境污染，具有广阔的应用前景。
[0016] 本发明对西安咸阳国际机场T3航站楼单跑道的飞机推出进行控制，并用软件进 行仿真，仿真结果显示采用基于模糊滑模控制方案后，196架次航班的平均轮候时间从仿真 前的6. 6min下降到了 5. 6min，同比下降了 15%。而平均排队长度则从仿真前的5架次下 降到4架次，同比下降了 20%。
【附图说明】
[0017] 图1为【具体实施方式】一提出的本发明飞机离港过程示意图；
[0018] 图2(a)为【具体实施方式】一提出的模糊控制器输入输出的误差E的隶属函数；
[0019] 图2(b)为【具体实施方式】一提出的模糊控制器输入输出的误差变化量EC的隶属函 数；
[0020] 图2(c)为【具体实施方式】一提出的模糊控制器输入输出的可推出飞机数量U的隶 属函数；
[0021] 图3为【具体实施方式】一提出的基于模糊滑模理论的飞机推出总体控制方案流程 图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一：结合图1、图2(a)~（c)和图3说明本实施方式的一种飞机推 出模糊滑模控制方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0023] -种飞机推出模糊滑模控制方法包括飞机离港过程分析与建模，定时数据采集及 处理，模糊控制器运算，滑模控制器验证，输出执行指令，
[0024] 步骤一：飞机离港过程分析；分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件， 并提出飞机离港过程建模的假设条件；
[0025] 其中，飞机离港过程（见附图1)为：空管中心发出起飞指令，由牵引车将飞机从停 机坪推出至滑行道入口，飞机脱离牵引车并打开辅助动力系统进入滑行道队列，滑行至滑 行道末端即进入跑道队列，待前方飞机起飞后便加速起飞，正常离港；本发明对飞机离港过 程设定一些约束条件并做适当简化，以保证建模准确性和合理性；飞机离港过程的约束条 件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞 机离港过程建模做如下假设条件为：忽略入港飞机的影响，暂不考虑飞机机型，飞机都取相 同的最小尾流安全距离；
[0026] 步骤二：飞机离港过程建模；运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞 机离港过程看作一个串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长 度r和飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间，；
[0027] 步骤三：定时数据采集及处理；采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场 地面信息，并将机场地面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地 面信息的模拟信号转化为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在 跑道上加速至起飞所用时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率A :和X 2、单位 时间内滑行道和跑道的服务率ydP y 2;
[0028] 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用r和，计算得到单位时间内飞机平均排 队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t);
[0029] 步骤五：模糊控制器运算；将机场地面串联排队系统视为受控对象，塔台人员指 令视为执行机构，进行模糊控制器运算；将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队 长度变化量EC(t)作为输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得 到输出量即推出飞机数量U(t);
[0030] 步骤六：滑模控制器验证；将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑 模控制器中，判断模糊控制器输出的推出飞机数量U(t)值是否可靠即U(t)是否对系统造 成波动；如果U(t)值不会对系统造成波动即切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统 干扰项，将U(t)直接输出；如果U(t)值会对系统造成波动即切换增益不能消除飞机推出数 量滑模控制系统干扰项，对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)(对U(t)进行纠正得到可靠 值U' (t)是利用滑模控制器来进行纠正的），并将纠正后的U' (t)输出给执行结构，其 中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的u(t)或U' (t)统称为N(t);
[0031] 步骤七：输出执行指令；模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t) 的数字信号转化成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信 息的电子设备发送推出指令；空管中心工作人员将电子设备的推出指令下达给机场牵引车 和在停机坪等候的飞机；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0032] 本实施方式效果：
[0033] 为了缓解机场地面交通拥挤，提高机场地面运行效率，减少飞机地面油耗和环境 污染，实现飞机离港过程的智能控制，本实施方式公开了一种飞机推出模糊滑模控制方法， 包括飞机离港过程分析，飞机离港过程建模，定时数据采集及处理，模糊控制器运算，滑模 控制器验证，输出执行指令。通过分析飞机离港过程，将该过程视为一个串联排队系统，运 用排队论构建飞机离港队列模型，得到飞机离港队列的平均排队长度和平均轮候时间的计 算公式；采集单位时间内飞机滑行时间及在跑道加速至起飞所用时间等数据，求得单位时 间内飞机离港队列的平均排队长度，平均轮候时间，队列长度误差及其变化量；以排队长度 误差及其变化量为输入、推出飞机数量为输出，设计一个双输入单输出结构的模糊控制器， 根据模糊控制规则和推理运算确定推出飞机数量，将其输入以状态空间、切换函数、控制函 数构成的滑模控制器中，以判断该输出量（推出飞机数量）是否可靠，若可靠，则直接输出； 若不可靠，则经纠正后输出；输出量经转换器由数字信号转化成模拟信号，反馈给执行机 构，下达飞机推出指令。本实施方式以模糊控制器为主控运算，辅以滑模控制器的验证纠错 功能，实现飞机推出的双保险控制，可有效地缓解机场地面交通拥堵，提高机场运行效率， 还可最大程度地将飞机在滑行道和跑道队列中的轮候时间转化为停机坪的等待时间，还可 减少飞机待飞油耗，降低环境污染，具有广阔的应用前景。
[0034] 本实施方式对西安咸阳国际机场T3航站楼单跑道的飞机推出进行控制，并用软 件进行仿真，仿真结果显示采用基于模糊滑模控制方案后，196架次航班的平均轮候时间从 仿真前的6. 6min下降到了 5. 6min，同比下降了 15%。而平均排队长度则从仿真前的5架 次下降到4架次，同比下降了 20%。
【具体实施方式】 [0035] 二：本实施方式与一不同的是：步骤二中运用排队论 对飞机离港过程进行建模具体过程为：
[0036] (1)应用排队论对飞机离港过程进行建模；将整个飞机离港过程作为一个串联 排队系统，飞机进入滑行道为第一个排队系统，飞机离开滑行道进入跑道为第二 个排队系 统；
[0037] (2)假设飞机到达滑行道和跑道均服从泊松分布，到达率分别为A :和A 2;滑行 道和跑道的输出过程均服从负指数分布，滑行道服务率为h和跑道服务率为y 2，且1^和 y2相互独立；
[0038] 则飞机离港过程串联排队系统的平均排队长度r为：
[0041] a 飞机进入滑行道的到达率；
[0042] A2为飞机进入跑道的到达率；
[0043] ~为滑行道服务率，等于滑行道服务时间的倒数，滑行道服务时间即飞机滑行时 间；
[0044] y2为跑道服务率，等于跑道服务时间的倒数，跑道服务时间即飞机在跑道上加速 至起飞所用时间；
[0045] (3)飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间F为：
[0046]
，其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
【具体实施方式】 [0047] 三：本实施方式与一或二不同的是：步骤四中根据步 骤三中的数字信号利用r和F计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q (t)，平均轮候时 间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t)具体过程为：
[0048](1)单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 排队长度L :
[0050] (2)单位时间内飞机平均轮候时间T(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 轮候时间F:
[0052](3)单位时间内飞机排队长度误差E(t)，即为单位时间内飞机平均排队长度Q(t) 与期望排队长度Q之差：
[0053] E(t) = Q(t)-Q
[0054] (4)单位时间内飞机排队长度误差变化量EC(t)，即为本单位时间内飞机排队长 度误差E(t)与前一单位时间内飞机排队长度误差E(t-l)之差；
[0055] EC (t) = E (t) -E (t-1)。其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
【具体实施方式】 [0056] 四：本实施方式与一至三之一不同的是：步骤五中模 糊控制器的模糊控制的总体规则为：
[0057] 模糊控制器运算包括确定该控制的模糊控制总体规则，确定控制器的结构，确定 输入输出的语言变量，确定各语言隶属度函数，建立模糊控制规则，确定模糊关系，模糊推 理运算，解模糊；
[0058] (1)当排队系统的实际排队长度Q(t)大于期望排队长度Q时，控制系统不予以推 出指令，要求飞机在停机坪持续等待；
[0059] (2)当排队系统的实际排队长度Q(t)等于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0060] (3)当排队系统的实际排队长度Q(t)小于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，推出并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0061] 推出不是指从排队系统推出而是从停机坪推出飞机的推出是指飞机在将其发动 机引擎关闭的状况下，被牵引车从停机坪牵引到滑行道入口位置的过程；整个过程是飞机 从停机坪退出后才进入排队系统，如果排队系统实际排队长度大于期望排队长度了就不要 再从停机坪推出飞机进入排队系统了，如果相等还可以推出，如果小于的话说明就可以推 出让其进入排队系统。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0062]
【具体实施方式】五：本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是：步骤五中模 糊控制器运算；将机场地面串联排队系统视为受控对象，塔台人员指令视为执行机构，进行 模糊控制器运算；将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为 输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数 量U(t)具体过程为：
[0063] (1)确定模糊控制器的结构；
[0064] 模糊逻辑控制器的结构确定为：以单位时间内飞机排队误差E(t)和误差变化量 EC(t)为输入、以推出飞机数量U(t)为输出的双输入单输出二维结构；
[0065] (2)确定模糊控制器的输入输出语言变量；
[0066] 输入参数和输出参数的论域、相应语言值、模糊子集及所代表的意义，如表1、表 2、表3所示；
[0067] (3)确定模糊控制器的输入输出各语言变量隶属度函数为三角形函数得到模糊集 合A、B和C的隶属度；
[0068] 该模糊控制器各语言值模糊化隶属度函数为便于计算的三角形函数，且三个语言 值的隶属度函数图像如附图2所示；为后期计算方便，将模糊集隶属度函数以矢量表示如 表4、表5、表6戶斤不；
[0069] (4)建立模糊控制器的19条模糊控制规则；
[0070]由飞机推出实际情况确定模糊控制规则，使用的模糊规则是：若输入量E(t)和 EC(t)分别为A与B，则输出量U(t)为C;
[0071] 1) If E = PB and EC = NB or NS or ZE, then U = NB
[0072] 2) If E = PB and EC = PB，then U = NM
[0073] 3) If E = PM and EC = NB, then U = NB
[0074] 4) If E = PM and EC = PB, then U = NS
[0075] 5) If E = PM and EC = PS，then U = NM
[0076] 6) If E = PS and EC = NB, then U = NB
[0077] 7) If E = PS and EC = NS or ZE, then U = NS
[0078] 8) If E = PS and EC = PB or PS, then U = ZE
[0079] 9) If E = ZE and EC = NB or NS, then U = NS
[0080] 10) If E = ZE and EC = PB or PS, then U = PS
[0081] 11) If E = ZE and EC = ZE, then U = ZE
[0082] 12) If E = NS and EC = NB or NS, then U = ZE
[0083] 13) If E = NS and EC = ZE or PS, then U = PS
[0084] 14) If E = NS and EC = PB, then U = PM
[0085] 15) If E = NM and EC = NB，then U = PS
[0086] 16) If E = NM and EC = ZE or NS，then U = PM
[0087] 17) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PM
[0088] 18) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PB
[0089] 19) If E = NB and EC = ZE or PS or PB, then U = PB
[0090] 由19条模糊控制规则可得到模糊控制规则表，如表7所示；
[0091] (5)根据建立的模糊控制规则确定模糊关系：
[0092] 采用第一类推理方式，由每一条模糊控制规则给出一个模糊关系 Rmn R B1 (1 = 1，2, . . .，19)，将19条模糊控制规则表示为：
[0094]R2=RA2H RB2 =(A!XC6) H (他U B2)XC6)
[0095] R3= RA3n RB3= (A2XC7) n ((B4U B 5) xc7)
[0096] R4= RA4门RB4= (A2XC5) n (BiXCg)
[0097]R5= R A5n RB5= (A 2XC6) n ((B2U B 3) xc6)
[0098] R6= R A6 n R B6 = (A 3 X C6) n (B 5 X C6)
[0099] R7= R A7fl RB7= (A 3XC5) n ((B3U B 4) XC5)
[0100] R8= R A8 n R B8=(A3 XC4) n(UB2)XC4)
[0101] R9= R A9 n R B9=(A4XC5) n((B4UB5) XC5)
[0102] R10= R A10 n RB10=(A4XC3) n ((Bi U B 5) XC3)
[0103] Rn = R A11 n R B11 = (A 4 X C4) n (B3 X C4)
[0104] R12=RA12n RB12 =(A5 XC4) n ((B4UB5) XC4)
[0105] R13= R A13 n R B13= (A 5Xc3) n ((B2 U B 3) XC3)
[0106] R14 = R A14 n R B14= (A 5 X C2)门（Bj X C2)
[0107] R15= RA15n RB15= (A 6Xc3) n (B 5XC3)
[0108] R16= RA16n RB16= (A6XC2) n ((B3U B4) XC2)
[0109] R17= R A17fl RB17= (A 7xc2) n ((B 4U B5) XC2)
[0110] R18= RA18n RB18= (A6Xc!) n ((B!U B2) X Cj)
[0112] 其中，R1~R19就是19条模糊控制规则对应的19个模糊关系；每一条模糊控制 规则对应的矩阵运算中得到矩阵R A1和RB1，A1~A7 B1~B5 C1~C7就是模糊控制器定 义的输入输出参数的模糊子集如表1、表2、表3;
[0113] 根据模糊集合A、B和C的隶属度即表4、表5和表6进行矩阵计算，得到R A1和Rb1:
[0114] 根据RA1和R B1计算求得总的模糊关系R = R A n R B
[0115] (6)根据（5)确定的模糊关系R1~R19得到的矩阵心和RB进行模糊推理运算；
[0116] 求得模糊控制器的模糊关系R1~R19即得到RA、R B的矩阵结构后，根据合成推理 方法进行模糊推理，得到输出量即推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U1;针对规则库（5)建 立模糊控制规则中的19条控制规则中所设定的任何一条规则1，其输出量的模糊矢量值Ui 为：
[0117]
[0118] 代表模糊控制原理里面的一种计算_合成运算合成算子" ?"用来代表两个模糊 矩阵的相乘，与线性代数中的矩阵乘极为相似只是将普通矩阵乘运算中对应元素间相乘用 取小运算"A"来代替，而运算间相加用取大"V"来代替；
[0119] 控制器总的输出控制量的模糊矢量值U为：
[0121] (7)解模糊
[0122] 采用加权平均法进行模糊控制器隶属度解模糊，根据步骤（3)确定的各语言变量 隶属度如表4~表6、模糊控制规则如表7和模糊关系R1~R19利用加权平均法公式得：
[0124] 其中％--输出量：推出飞机数量U(t)论域上的元素；
[0125] yc(Xi)--推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U;
[0126] xavr一一推出飞机数量U (t)值。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0127] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：步骤六中对 u(t)进行纠正得到可靠值u' (t)的具体过程：
[0128] (1)滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数 6(f)值，表示如下：[0130] 其中：Q(t) -一当前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0131] Q(t-l)一一单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0132] T--单位时长；
[0133]y 2--跑道服务率；
[0134] U(t)--推出飞机数量；
[0135] d(t)--未知干扰，即推出飞机数量的误差；
[0136] (2)确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际 排队长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S(t)为：
[0137] S(t) = cE(t)-\-E(t)
[0138] 式中：E(t) -一当前各飞机排队长度误差；
[0139]^{t)--当前各飞机排队长度误差的导数，
[0140] 系数c大于0,且满足Hurwitz条件；
[0141] (3)确定滑模控制器控制函数U(t) ;Lyapunov函数为：
[0143] 其中，S为切换函数即S(t);
[0144]且，
[0148] (4)滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律（推出飞机数量）为：
[0150]取
[0151]K(t) = max|d(t) l + n，n>〇，n 为误差项；
[0152] ⑶若S>0，S为切换函数即S(t)，则sgn⑶=1;若S = 0,则sgn⑶=0;若S〈0， 贝lj sgn ⑶=-1 ;
[0153] 将控制律U(t)带入f中，得
[0155] 在滑模控制律中，切换增益K(t)值是造成抖振的原因，K(t)用于补偿不确定项 d(t)，以
[0156] 保证滑模存在条件竑<0得到满足；如果d(t)时变，则为了降低抖振，K(t)也时 变；可采用模糊控制实现K(t)的变化；
[0157] 滑模控制中采用模糊规则，并根据切换增益K(t)的变化，以消除系统干扰项，其 中，模糊规则如下：
[0158] 确定模糊规则设计；滑模存在条件为XV <0,当系统达到滑模面后，将会保持在滑 模面上；K(t)必须为保证系统运动得以到达滑模面的增益，K(t)值必须足以消除不确定项 的影响，才能保证滑模存在条件.V.s' <0成立；由此可得模糊规则如下：
[0159] 若欢>〇,则增大K(t);
[0160]若欢<0，则减小K(t);从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件.盔<〇成 立；
[0161] (6)采用二维模糊控制器计算A K(t);
[0162] a、确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和L输出为A K(t)，即推出飞机 数量的变化量A U (t);
[0163] b、确定输入参数S的论域、输入参数S的论域、输出参数A K(t)的论域、输入参数 S的相应语言值、输入参数々的相应语言值、输出参数A K(t)的相应语言值、输入参数S的 模糊子集、输入参数的模糊子集和输出参数A K(t)的模糊子集如表9、表10、表11所不；
[0164] c、确定输入参数S的隶属度、输入参数S的隶属度和输出参数A K(t)的隶属度；
[0165] 滑模控制器中的三个语言变量S、j和A K(t)均采用三角形函数，为便于后期计 算，将隶属度函数以矢量表示，如表12、表13、表14所示；
[0166] d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照 模糊控制原理进行计算得到A K(t)，即为推出飞机数量变化量A U(t);
[0167]满足滑模存在条件妨<0成立下设计U(t)，控制器的模糊控制规则如表15所示， 使用模糊规则：若输入量S和々的取值分别为M和N，则输出量A K (t)为L;
[0168] AK(t)为控制量的变化量，即推出飞机数量的变化量AU(t)，也可以理解为K(t) 需要修正的值；
[0169] (7)对U(t)进行纠正得到可靠值U'⑴具体为：U' (t) =U(t)+AK(t)。其 它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0170] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0171] 实施例一：
[0172] 本实施例一种飞机推出模糊滑模控制方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0173] 一种飞机推出模糊滑模控制方法包括飞机离港过程分析与建模，定时数据采集及 处理，模糊控制器运算，滑模控制器验证，输出执行指令，
[0174] 步骤一：飞机离港过程分析；分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件， 并提出飞机离港过程建模的假设条件；
[0175] 其中，飞机离港过程（见附图1)为：空管中心发出起飞指令，由牵引车将飞机从停 机坪推出至滑行道入口，飞机脱离牵引车并打开辅助动力系统进入滑行道队列，滑行至滑 行道末端即进入跑道队列，待前方飞机起飞后便加速起飞，正常离港；本发明对飞机离港过 程设定一些约束条件并做适当简化，以保证建模准确性和合理性；飞机离港过程的约束条 件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞 机离港过程建模做如下假设条件为：忽略入港飞机的影响，暂不考虑飞机机型，飞机都取相 同的最小尾流安全距离；
[0176] 步骤二：飞机离港过程建模；运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞 机离港过程看作一个串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长 度r和飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间F ;
[0177] 运用排队论对飞机离港过程进行建模具体过程为：
[0178](1)应用排队论对飞机离港过程进行建模；将整个飞机离港过程作为一个串联 排队系统，飞机进入滑行道为第一个排队系统，飞机离开滑行道进入跑道为第二个排队系 统；
[0179] (2)假设飞机到达滑行道和跑道均服从泊松分布，到达率分别为A :和A 2;滑行 道和跑道的输出过程均服从负指数分布，滑行道服务率为h和跑道服务率为y 2，且1^和 y2相互独立；
[0180]则飞机离港过程串联排队系统的平均排队长度互为：
[0182] 式中，
[0183] A 飞机进入滑行道的到达率；
[0184] A 2为飞机进入跑道的到达率；
[0185] ~为滑行道服务率，等于滑行道服务时间的倒数，滑行道服务时间即飞机滑行时 间；
[0186] y 2为跑道服务率，等于跑道服务时间的倒数，跑道服务时间即飞机在跑道上加速 至起飞所用时间；
[0187] (3)飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间r为：
[0189] 步骤三：定时数据采集及处理；采用机场现有电子设备以单位时间间隔（每 30min)采集机场地面信息，并将机场地面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的 转换器将机场地面信息的模拟信号转化为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机 滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达 率AdP A 2、单位时间内滑行道和跑道的服务率^和y 2;
[0190] 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用r和F计算得到单位时间（每30min)内 飞机平均排队长度Q (t)，平均轮候时间T (t)，排队长度误差E (t)以及排队长度误差变化量 EC(t)；
[0191] (1)单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 排队长度Z:
[0193] (2)单位时间内飞机平均轮候时间T(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 轮候时间
[0195] (3)单位时间内飞机排队长度误差E(t)，即为单位时间内飞机平均排队长度Q(t) 与期望排队长度Q之差：
[0196] E(t) = Q(t)-Q
[0197] (4)单位时间内飞机排队长度误差变化量EC(t)，即为本单位时间内飞机排队长 度误差E(t)与前一单位时间内飞机排队长度误差E(t-l)之差；
[0198] EC(t) = E(t)-E(t_l)。
[0199] 步骤五：模糊控制器运算；将机场地面串联排队系统视为受控对象，塔台人员指 令视为执行机构，进行模糊控制器运算；将单位时间内（每30min)飞机排队长度误差E(t) 及飞机排队长度变化量EC (t)作为输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控 制器运算得到输出量即推出飞机数量U(t);
[0200] 模糊控制器的模糊控制的总体规则为：
[0201] 模糊控制器运算包括确定该控制的模糊控制总体规则，确定控制器的结构，确定 输入输出的语言变量，确定各语言隶属度函数，建立模糊控制规则，确定模糊关系，模糊推 理运算，解模糊；
[0202] (1)当排队系统的实际排队长度Q(t)大于期望排队长度Q时，控制系统不予以推 出指令，要求飞机在停机坪持续等待；
[0203] (2)当排队系统的实际排队长度Q(t)等于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0204] (3)当排队系统的实际排队长度Q(t)小于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，推出并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0205] 推出不是指从排队系统推出而是从停机坪推出飞机的推出是指飞机在将其发动 机引擎关闭的状况下，被牵引车从停机坪牵引到滑行道入口位置的过程；整个过程是飞机 从停机坪退出后才进入排队系统，如果排队系统实际排队长度大于期望排队长度了就不要 再从停机坪推出飞机进入排队系统了，如果相等还可以推出，如果小于的话说明就可以推 出让其进入排队系统。
[0206] (1)确定模糊控制器的结构；
[0207] 模糊逻辑控制器的结构确定为：以单位时间内飞机排队误差E(t)和误差变化量 EC(t)为输入、以推出飞机数量U(t)为输出的双输入单输出二维结构；
[0208] (2)确定模糊控制器的输入输出语言变量；
[0209] 输入参数和输出参数的论域、相应语言值、模糊子集及所代表的意义，如表1、表 2、表3所示；
[0210] 表1误差E(t)的语言变量设定值
[0211]
[0212] 表2误差变化量EC (t)的语言变量设定值
[0214] 表3输出控制量U(t)的语言变量设定值
[0216] (3)确定模糊控制器的输入输出各语言变量隶属度函数为三角形函数得到模糊集 合A、B和C的隶属度；
[0217] 该模糊控制器各语言值模糊化隶属度函数为便于计算的三角形函数，且三个语言 值的隶属度函数图像如附图2所示；为后期计算方便，将模糊集隶属度函数以矢量表示如 表4、表5、表6戶斤不；
[0218]表4模糊集合A的隶属度
[0220] uA(x)是指模糊集合A在x = _3\-2\-1\0\1\2\3时的隶属度，这种表达方式是模 糊控制原理里常用的与U(t)完全没有关系；
[0221] 表5模糊集合B的隶属度
[0223]表6模糊集合C的隶属度
[0225]
[0226] (4)建立模糊控制器的19条模糊控制规则；
[0227] 由飞机推出实际情况确定模糊控制规则，使用的模糊规则是：若输入量E(t)和 EC(t)分别为A与B，则输出量U(t)为C;
[0228] 1) If E = PB and EC = NB or NS or ZE, then U = NB
[0229] 2) If E = PB and EC = PB，then U = NM
[0230] 3) If E = PM and EC = NB, then U = NB
[0231] 4) If E = PM and EC = PB, then U = NS
[0232] 5) If E = PM and EC = PS，then U = NM
[0233] 6) If E = PS and EC = NB, then U = NB
[0234] 7) If E = PS and EC = NS or ZE, then U = NS
[0235] 8) If E = PS and EC = PB or PS, then U = ZE
[0236] 9) If E = ZE and EC = NB or NS, then U = NS
[0237] 10) If E = ZE and EC = PB or PS, then U = PS
[0238] 11) If E = ZE and EC = ZE, then U = ZE
[0239] 12) If E = NS and EC = NB or NS, then U = ZE
[0240] 13) If E = NS and EC = ZE or PS, then U = PS
[0241] 14) If E = NS and EC = PB, then U = PM
[0242] 15) If E = NM and EC = NB，then U = PS
[0243] 16) If E = NM and EC = ZE or NS，then U = PM
[0244] 17) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PM
[0245] 18) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PB
[0246] 19) If E = NB and EC = ZE or PS or PB, then U = PB
[0247] 由19条模糊控制规则可得到模糊控制规则表，如表7所示；
[0248] 表7模糊控制规则
[0250]
[0251] (5)根据建立的模糊控制规则确定模糊关系：
[0252] 采用第一类推理方式，由每一条模糊控制规则给出一个模糊关系札:!?' Ra1 n R B1 (1 = 1，2, . . .，19)，将19条模糊控制规则表示为：
[0254] R2= R A2 H R B2 = (A丄X C6) H ((Bj U B 2) X C6)
[0255] R3= RA3nRB3= (A2XC7) n((B4U B 5) xc7)
[0256] R4= R A4 n R B4= (A 2 X C5) n X C5)
[0257] R5=RA5nRB5= (A2XC6) fl ((B2UB3)XC6)
[0258] R6= R A6 n R B6 = (A 3 X C6) n (B 5 X C6)
[0259] r7= RA7n rB7= (a 3xc5) n ((b 3u b4) xc5)
[0260] R8= R A8 n R B8= (A 3X C4) n ((Bj U B 2) X C4)
[0261] R9= R A9 n R B9 = (A4X C5) n ((B4 U B 5) X C5)
[0262] R10= RA1〇n rb10= (a4xc3) n ((b1ub5)xc3)
[0263] Rn = R A11 n R B11 = (A 4 X C4) n (B3 X C4)
[0264] R12 = R A12 n R B12 = (A 5 X C4) n ((B4 U B 5) X C4)
[0265] R13= RA13n RB13= (A5XC3) n ((B2U B3) xc3)
[0266] R14 = R A14 n R B14= (A 5 X C2)门（Bi X C2)
[0267] R15=RA15n r b15= (a6xc3) n (b5xc3)
[0268] R16= RA16n r b16= (a6xc2) n ((B 3UB4)XC2)
[0269] r17= RA17n r b17= (a7xc2) n ((b4u b5) xc2)
[0270] R18= RA18n R B18= (AeXQ) n ((BiU B2) XCi)
[0272]其中，R1~R19就是19条模糊控制规则对应的19个模糊关系；每一条模糊控制 规则对应的矩阵运算中得到矩阵RA1和RB1，A1~A7 B1~B5 C1~C7就是模糊控制器定 义的输入输出参数的模糊子集如表1、表2、表3 ;
[0273] 根据模糊集合A、B和C的隶属度即表4、表5和表6进行矩阵计算，得到RA1和Rb1:
[0275] 求RB1之前需要先求并集
[0277]
[0278] 其中，Bj为第j个模糊子集B
[0279] 同样地，求得RA1 和RB1 (1 = 2, 3,…，19);
[0280] 然后分别根据矩阵RA1和RB1，求得心和RB:
[0283] 根据RA1和RB1计算求得总的模糊关系R=RAnRB
[0284]
[0285] (6)根据（5)确定的模糊关系R1~R19得到的矩阵心和RB进行模糊推理运算；
[0286] 求得模糊控制器的模糊关系R1~R19即得到RA、RB的矩阵结构后，根据合成推理 方法进行模糊推理，得到输出量即推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U1;针对规则库（5)建 立模糊控制规则中的19条控制规则中所设定的任何一条规则1，其输出量的模糊矢量值& 为：
[0288] 代表模糊控制原理里面的一种计算-合成运算合成算子" "用来代表两个模糊 矩阵的相乘，与线性代数中的矩阵乘极为相似只是将普通矩阵乘运算中对应元素间相乘用 取小运算"A"来代替，而运算间相加用取大"V"来代替；
[0289] 控制器总的输出控制量的模糊矢量值U为：
[0291] (7)解模糊
[0292] 采用加权平均法进行模糊控制器隶属度解模糊，根据步骤（3)确定的各语言变量 隶属度如表4~表6、模糊控制规则如表7和模糊关系R1~R19利用加权平均法公式得：
[0294] 其中％--输出量：推出飞机数量U(t)论域上的元素；
[0295] yc(Xi)--推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U;
[0296] xavr--推出飞机数量U(t)值；
[0297] (9)把（7)得到的值带进去（8)的公式里计算求得在不同排队误差和误差变化量 情况下的解模糊值E(t)、EC(t)、U(t)，如表8所示；
[0298] 表8采用加权平均法得到的解模糊值
[0299]
[0300] 步骤六：滑模控制器验证；将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑 模控制器中，判断模糊控制器输出的推出飞机数量u(t)值是否可靠即U(t)是否对系统造 成波动；如果u(t)值不会对系统造成波动即切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统 干扰项，将u(t)直接输出；如果u(t)值会对系统造成波动即切换增益不能消除飞机推出数 量滑模控制系统干扰项，对u(t)进行纠正得到可靠值u' (t)(对u(t)进行纠正得到可靠 值u' (t)是利用滑模控制器来进行纠正的），并将纠正后的u' (t)输出给执行结构，其 中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的u(t)或U' (t)统称为N(t);
[0301] 对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)的具体过程：
[0302] (1)滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数 0(0值，表示如下：
[0304] 其中：Q(t) -一当前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0305] Q(t-l)--单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0306] T--单位时长；
[0307] y2--跑道服务率；
[0308] U(t)--推出飞机数量；
[0309] d(t)--未知干扰，即推出飞机数量的误差；
[0310] (2)确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际 排队长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S(t)为：
[0311] S(l) =cE(t) +E(l)
[0312] 式中：E(t) -一当前各飞机排队长度误差；
[0313] _--当前各飞机排队长度误差的导数，
[0314] 系数c大于0,且满足Hurwitz条件；
[0315] (3)确定滑模控制器控制函数U(t) ;Lyapunov函数为：
[0317] 其中，S为切换函数即S(t);
[0318]且，
[0320]贝lj，
[0322] (4)滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律（推出飞机数量）为：
[0324]取
[0325] K(t) = max|d(t) | + n，n>〇，n为误差项；
[0326] (5)若S>0,S为切换函数即S(t)，则sgn⑶=1;若S= 0,则sgn⑶=0;若S〈0， 贝ljsgn⑶=-1 ;
[0327] 将控制律U(t)带入rv中，得
[0329] 在滑模控制律中，切换增益K(t)值是造成抖振的原因，K(t)用于补偿不确定项 d(t)，以保证滑模存在条件XV<0得到满足；如果d(t)时变，则为了降低抖振，K(t)也时 变；可采用模糊控制实现K(t)的变化；
[0330] 滑模控制中采用模糊规则，并根据切换增益K(t)的变化，以消除系统干扰项，其 中，模糊规则如下：
[0331] 确定模糊规则设计；滑模存在条件为# <0,当系统达到滑模面后，将会保持在滑 模面上；K(t)必须为保证系统运动得以到达滑模面的增益，K(t)值必须足以消除不确定项 的影响，才能保证滑模存在条件XX<0成立；由此可得模糊规则如下：
[0332] 若妨>〇,则增大K(t);
[0333]若<0，则减小K(t);从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件:妨<0成 立；
[0334] (6)采用二维模糊控制器计算AK(t);
[0335] a、确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和夂输出为AK(t)，即推出飞机 数量的变化量AU(t);
[0336] b、确定输入参数S的论域、输入参数S的论域、输出参数AK(t)的论域、输入参数 S的相应语言值、输入参数S的相应语言值、输出参数AK(t)的相应语言值、输入参数S的 模糊子集、输入参数S的模糊子集和输出参数AK(t)的模糊子集如表9、表10、表11所不；
[0337] 表9滑模控制器的输入量S的模糊集
[0339] 表10滑模控制器的输入量々的模糊集
[0342] 表11滑模控制器的输出量AK(t)的模糊集
[0343]
[0344] c、确定输入参数S的隶属度、输入参数S的隶属度和输出参数AK(t)的隶属度；
[0345] 滑模控制器中的三个语言变量S、S和AK(t)均采用三角形函数，为便于后期计 算，将隶属度函数以矢量表示，如表12、表13、表14所示；
[0346] 表12滑模控制器的模糊集合M的隶属度
[0348] S是滑模变量uM(X)是模糊集合M的隶属度
[0349] 表13滑模控制器的模糊集合N的隶属度
[0350]
[0351 ] S为滑模变量的导数uM(x)是模糊集合N的隶属度，
[0352] 表14滑模控制器的模糊集合L的隶属度
[0354] d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照 模糊控制原理进行计算得到AK(t)，即为推出飞机数量变化量AU(t);
[0355] 满足滑模存在条件XX<〇成立下设计U(t)，控制器的模糊控制规则如表15所示， 使用模糊规则：若输入量S和々的取值分别为M和N，则输出量AK(t)为L;
[0356] AK(t)为控制量的变化量，即推出飞机数量的变化量AU(t)，也可以理解为K(t) 需要修正的值；
[0357] 表15滑模控制器的模糊控制规则
[0360] (7)对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)具体为：U' (t) =U(t)+AK(t)。
[0361] 步骤七：输出执行指令；模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t) 的数字信号转化成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信 息的电子设备发送推出指令；空管中心工作人员将电子设备的推出指令下达给机场牵引车 和在停机坪等候的飞机；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0362] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于一种飞机推出模糊滑模控制方法具体 是按照以下步骤进行的： 步骤一：分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程建模 的假设条件； 其中，飞机离港过程的约束条件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之 间的间隔需大于尾流间隔；对飞机离港过程建模做如下假设条件为：飞机都取相同的最小 尾流安全距离； 步骤二：运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞机离港过程看作一个串联 排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长度Γ和飞机离港过程串联 排队系统的平均轮候时间F; 步骤三：采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场地面信息，并将机场地面信 息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地面信息的模拟信号转化为 数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用时 间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率λ^ρ λ 2、单位时间内滑行道和跑道的服 务率μ jp μ 2; 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用Γ和F计算得到单位时间内飞机平均排队长度 Q (t)，平均轮候时间T (t)，排队长度误差E (t)以及排队长度误差变化量EC (t); 步骤五：将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为输 入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数量 U(t)； 步骤六：将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑模控制器中；如果切换 增益能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，将U(t)直接输出；如果切换增益不能消除 飞机推出数量滑模控制系统干扰项，对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)，并将纠正后的 U' (t)输出给执行结构，其中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的U(t)或U' (t) 统称为N(t); 步骤七：模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t)的数字信号转化成模 拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信息的电子设备发送推 出指令；即完成了 一种飞机推出模糊滑模控制方法。2. 根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤二中运 用排队论对飞机离港过程进行建模具体过程为： (1) 将整个飞机离港过程作为一个串联排队系统，飞机进入滑行道为第一个排队系统， 飞机离开滑行道进入跑道为第二个排队系统； (2) 假设飞机到达滑行道和跑道均服从泊松分布，到达率分别为λ JP λ 2;滑行道和跑 道的输出过程均服从负指数分布，滑行道服务率为U1和跑道服务率为μ 2，且μ JP μ 2相 互独立； 则飞机离港过程串联排队系统的平均排队长度Γ为：λ 飞机进入滑行道的到达率； λ 2为飞机进入跑道的到达率； U1S滑行道服务率，等于滑行道服务时间的倒数，滑行道服务时间即飞机滑行时间； μ 2为跑道服务率，等于跑道服务时间的倒数，跑道服务时间即飞机在跑道上加速至起 飞所用时间； (3)飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间P为：3. 根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤四中根 据步骤三中的数字信号利用Γ和F计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，平均轮 候时间T (t)，排队长度误差E (t)以及排队长度误差变化量EC (t)具体过程为： (1) 单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均排队 长度Γ:(2) 单位时间内飞机平均轮候时间T(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均轮候 时间?Γ:(3) 单位时间内飞机排队长度误差E(t)，即为单位时间内飞机平均排队长度Q(t)与期 望排队长度Q之差： E(t) = Q(t)-Q (4) 单位时间内飞机排队长度误差变化量EC(t)，即为本单位时间内飞机排队长度误 差E(t)与前一单位时间内飞机排队长度误差E(t-l)之差； EC (t) = E (t) -E (t-Ι) 〇4. 根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤五中模 糊控制器的模糊控制的总体规则为： (1) 当排队系统的实际排队长度Q(t)大于期望排队长度Q时，要求飞机在停机坪持续 等待； (2) 当排队系统的实际排队长度Q(t)等于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机推出， 并按照逐个推出原则发出推出指令； (3) 当排队系统的实际排队长度Q(t)小于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机推出， 推出并按照逐个推出原则发出推出指令。5.根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤五中将 单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为输入量，输入模糊 控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数量U(t)具体过程 为： (1) 确定模糊控制器的结构； 模糊逻辑控制器的结构确定为：以单位时间内飞机排队误差E(t)和误差变化量EC(t) 为输入、以推出飞机数量U(t)为输出的双输入单输出二维结构； (2) 确定模糊控制器的输入输出语言变量； (3) 确定模糊控制器的输入输出各语言变量隶属度函数为三角形函数得到模糊集合 A、B和C的隶属度； (4) 建立模糊控制器的19条模糊控制规则； (5) 根据建立的模糊控制规则确定模糊关系： 采用第一类推理方式，由每一条模糊控制规则给出一个模糊关系R1:R i= Rai Π Rb1 (1 = 1，2,. . .，19)，将19条模糊控制规则表示为：其中，Rl~R19就是19条模糊控制规则对应的19个模糊关系；每一条模糊控制规则 对应的矩阵运算中得到矩阵Rai和R B1，Al~A7 Bl~B5 Cl~C7就是模糊控制器定义的 输入输出参数的模糊子集； 根据模糊集合A、B和C的隶属度进行矩阵计算，得到Rai和R B1: 根据Rai和Rb1计算求得总的模糊关系R = RAn Rb (6) 根据（5)确定的模糊关系Rl~R19得到的矩阵^和Rb进行模糊推理运算； 求得模糊控制器的模糊关系Rl~R19即得到RA、Rb的矩阵结构后，根据合成推理方法 进行模糊推理，得到输出量即推出飞机数量U (t)的模糊矢量值仏为： U1= E ⑴ 〇 Rai n EC (t) 〇RB1; 其中，合成算子?用来代表两个模糊矩阵的相乘； 控制器总的输出控制量的模糊矢量值U为：(7) 解模糊 采用加权平均法进行模糊控制器隶属度解模糊，根据步骤（3)确定的各语言变量隶属 度、模糊控制规则和模糊关系Rl~R19利用加权平均法公式得：其中％--输出量：推出飞机数量U (t)论域上的元素； Uc(Xi)一一推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U ; Xavr--推出飞机数量U (t)值。6.根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤六中对 U (t)进行纠正得到可靠值U' (t)的具体过程： (1) 滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数0(0 值，表示如下：其中：Q(t) -一当前串联排队系统中飞机平均排队长度； Q(t-l)-一单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度； T--单位时长； y 2--跑道服务率； u(t)--推出飞机数量； d(t)一一未知干扰，即推出飞机数量的误差； (2) 确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际排队 长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S (t)为： S(t) = cE(t) + E{t) 式中：E(t) -一当前各飞机排队长度误差； m一一当前各飞机排队长度误差的导数，系数C大于0,且满足Hurwitz条件； (3) Lyapunov 函数为：其中，S为切换函数即S(t); 且，(4) 滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律为：取 K (t) = max I d (t) I + η，η >〇，η 为误差项； (5) 若S>0, S为切换函数即S (t)，则Sgn⑶=I ;若S = 0,则Sgn⑶=0 ;若S〈0,则 sgn(S) = -1 ； 将控制律U(t)带入中，得K(t)值必须足以消除不确定项的影响，才能保证滑模存在条件XV <0成立；由此可得 模糊规则如下： 若XV>〇,则增大K(t); 若妨<〇,则减小K(t);从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件访<0成立； (6) 采用二维模糊控制器计算Λ K (t); a、 确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和夂输出为AK(t)，即推出飞机数量 的变化量Δυα); b、 确定输入参数S的论域、输入参数々的论域、输出参数Δ K (t)的论域、输入参数S的 相应语言值、输入参数々的相应语言值、输出参数AK(t)的相应语言值、输入参数S的模糊 子集、输入参数々的模糊子集和输出参数△ K(t)的模糊子集； C、确定输入参数S的隶属度、输入参数々的隶属度和输出参数AK(t)的隶属度； d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照模糊 控制原理进行计算得到Λκα)，即为推出飞机数量变化量AU(t); (7)对U(t)进行纠正得到可靠值U'⑴具体为：U' (t)=U(t) + AK(t)。
【专利摘要】一种飞机推出模糊滑模控制方法，本发明涉及飞机推出模糊滑模控制方法。本发明是要解决机场地面交通拥挤，机场地面运行效率低，飞机地面油耗高和环境污染的问题而提出的一种飞机推出模糊滑模控制方法。该方法是通过1、明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程建模的假设条件；2、运用排队论对飞机离港过程进行建模；3、将机场地面信息的模拟信号转化为数字信号；4、计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t)；5、推出飞机数量U(t)；6、得到不会对系统造成波动的飞机推出数量的U(t)或U′(t)统称为N(t)；7、经转换器将N(t)的模拟信号反馈给执行机构等步骤实现的。本发明应用于飞机推出模糊滑模控制领域。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN104898424
【申请号】CN201510249666
【发明人】张亚平, 刘翰宁, 邢志伟, 程绍武, 付川云, 韦钰, 别一鸣, 程国柱, 彭挺, 李河江
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月15日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞机推出模糊滑模方法，特别涉及一种飞机推出模糊滑模控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国航空运输的快速发展，民航业务需求量持续上升。2013年，全国民航旅客 吞吐量达到3. 54亿人，且近几年的年均增长率均在10%以上。然而，我国机场基础设施的 建设却因受到各方面的限制和影响而难以与日益增长的旅客客流相匹配，造成机场"容量" 与客流"需求"之间的失衡。一方面，作为飞机离港过程中的瓶颈，机场跑道本身具有物理 限制（如修建周期长，过程复杂及投资大），短期内难以得到缓解。另一方面，我国机场业务 不均衡问题突出，航空运力集中于少数几个大型枢纽机场的现象加剧了我国机场现有运行 资源的紧张局面。当机场容量小于航班流量时，就会发生交通拥挤和延误现象，给民航运输 业的发展带来挑战。
[0003] 机场地面交通拥堵所导致的直接后果就是航班延误加剧、飞机轮候时间延长。据 统计，2010年，我国总体航正点率仅为75. 8%。解决机场地面交通拥堵的问题有以下两种 方法：一是，加强机场基础设施建设，增加机场容量；二是，通过智能控制飞机离港过程，提 高现有机场基础设施的使用效率。就当前情况来看，后者才是解决机场地面交通拥堵问题 的最直接、快速、有效途径。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决机场地面交通拥挤，机场地面运行效率低，飞机地面油 耗高和环境污染的问题而提出的一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0005] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 步骤一：分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程 建模的假设条件；
[0007] 其中，飞机离港过程的约束条件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞 机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞机离港过程建模做如下假设条件为：飞机都取相同的 最小尾流安全距离；
[0008] 步骤二：运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞机离港过程看作一个 串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长度r和飞机离港过程 串联排队系统的平均轮候时间1F;
[0009] 步骤三：采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场地面信息，并将机场地 面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地面信息的模拟信号转化 为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用 时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率A :和A 2、单位时间内滑行道和跑道的 服务率y :和y 2;
[0010] 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用r和p计算得到单位时间内飞机平均排 队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t); [0011] 步骤五：将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为 输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数 量 U(t);
[0012] 步骤六：将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑模控制器中；如 果切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，将u(t)直接输出；如果切换增益不 能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，对u(t)进行纠正得到可靠值u' (t)，并将纠 正后的u' (t)输出给执行结构，其中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的u(t)或 u' (t)统称为 N(t);
[0013]步骤七：模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t)的数字信号转化 成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信息的电子设备发 送推出指令；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0014] 发明效果
[0015] 为了缓解机场地面交通拥挤，提高机场地面运行效率，减少飞机地面油耗和环境 污染，实现飞机离港过程的智能控制，本发明公开了一种飞机推出模糊滑模控制方法，包括 飞机离港过程分析，飞机离港过程建模，定时数据采集及处理，模糊控制器运算，滑模控制 器验证，输出执行指令。通过分析飞机离港过程，将该过程视为一个串联排队系统，运用排 队论构建飞机离港队列模型，得到飞机离港队列的平均排队长度和平均轮候时间的计算公 式；采集单位时间内飞机滑行时间及在跑道加速至起飞所用时间等数据，求得单位时间内 飞机离港队列的平均排队长度，平均轮候时间，队列长度误差及其变化量；以排队长度误差 及其变化量为输入、推出飞机数量为输出，设计一个双输入单输出结构的模糊控制器，根据 模糊控制规则和推理运算确定推出飞机数量，将其输入以状态空间、切换函数、控制函数构 成的滑模控制器中，以判断该输出量（推出飞机数量）是否可靠，若可靠，则直接输出；若不 可靠，则经纠正后输出；输出量经转换器由数字信号转化成模拟信号，反馈给执行机构，下 达飞机推出指令。本发明以模糊控制器为主控运算，辅以滑模控制器的验证纠错功能，实现 飞机推出的双保险控制，可有效地缓解机场地面交通拥堵，提高机场运行效率，还可最大程 度地将飞机在滑行道和跑道队列中的轮候时间转化为停机坪的等待时间，还可减少飞机待 飞油耗，降低环境污染，具有广阔的应用前景。
[0016] 本发明对西安咸阳国际机场T3航站楼单跑道的飞机推出进行控制，并用软件进 行仿真，仿真结果显示采用基于模糊滑模控制方案后，196架次航班的平均轮候时间从仿真 前的6. 6min下降到了 5. 6min，同比下降了 15%。而平均排队长度则从仿真前的5架次下 降到4架次，同比下降了 20%。
【附图说明】
[0017] 图1为【具体实施方式】一提出的本发明飞机离港过程示意图；
[0018] 图2(a)为【具体实施方式】一提出的模糊控制器输入输出的误差E的隶属函数；
[0019] 图2(b)为【具体实施方式】一提出的模糊控制器输入输出的误差变化量EC的隶属函 数；
[0020] 图2(c)为【具体实施方式】一提出的模糊控制器输入输出的可推出飞机数量U的隶 属函数；
[0021] 图3为【具体实施方式】一提出的基于模糊滑模理论的飞机推出总体控制方案流程 图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一：结合图1、图2(a)~（c)和图3说明本实施方式的一种飞机推 出模糊滑模控制方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0023] -种飞机推出模糊滑模控制方法包括飞机离港过程分析与建模，定时数据采集及 处理，模糊控制器运算，滑模控制器验证，输出执行指令，
[0024] 步骤一：飞机离港过程分析；分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件， 并提出飞机离港过程建模的假设条件；
[0025] 其中，飞机离港过程（见附图1)为：空管中心发出起飞指令，由牵引车将飞机从停 机坪推出至滑行道入口，飞机脱离牵引车并打开辅助动力系统进入滑行道队列，滑行至滑 行道末端即进入跑道队列，待前方飞机起飞后便加速起飞，正常离港；本发明对飞机离港过 程设定一些约束条件并做适当简化，以保证建模准确性和合理性；飞机离港过程的约束条 件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞 机离港过程建模做如下假设条件为：忽略入港飞机的影响，暂不考虑飞机机型，飞机都取相 同的最小尾流安全距离；
[0026] 步骤二：飞机离港过程建模；运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞 机离港过程看作一个串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长 度r和飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间，；
[0027] 步骤三：定时数据采集及处理；采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场 地面信息，并将机场地面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地 面信息的模拟信号转化为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在 跑道上加速至起飞所用时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率A :和X 2、单位 时间内滑行道和跑道的服务率ydP y 2;
[0028] 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用r和，计算得到单位时间内飞机平均排 队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t);
[0029] 步骤五：模糊控制器运算；将机场地面串联排队系统视为受控对象，塔台人员指 令视为执行机构，进行模糊控制器运算；将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队 长度变化量EC(t)作为输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得 到输出量即推出飞机数量U(t);
[0030] 步骤六：滑模控制器验证；将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑 模控制器中，判断模糊控制器输出的推出飞机数量U(t)值是否可靠即U(t)是否对系统造 成波动；如果U(t)值不会对系统造成波动即切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统 干扰项，将U(t)直接输出；如果U(t)值会对系统造成波动即切换增益不能消除飞机推出数 量滑模控制系统干扰项，对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)(对U(t)进行纠正得到可靠 值U' (t)是利用滑模控制器来进行纠正的），并将纠正后的U' (t)输出给执行结构，其 中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的u(t)或U' (t)统称为N(t);
[0031] 步骤七：输出执行指令；模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t) 的数字信号转化成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信 息的电子设备发送推出指令；空管中心工作人员将电子设备的推出指令下达给机场牵引车 和在停机坪等候的飞机；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0032] 本实施方式效果：
[0033] 为了缓解机场地面交通拥挤，提高机场地面运行效率，减少飞机地面油耗和环境 污染，实现飞机离港过程的智能控制，本实施方式公开了一种飞机推出模糊滑模控制方法， 包括飞机离港过程分析，飞机离港过程建模，定时数据采集及处理，模糊控制器运算，滑模 控制器验证，输出执行指令。通过分析飞机离港过程，将该过程视为一个串联排队系统，运 用排队论构建飞机离港队列模型，得到飞机离港队列的平均排队长度和平均轮候时间的计 算公式；采集单位时间内飞机滑行时间及在跑道加速至起飞所用时间等数据，求得单位时 间内飞机离港队列的平均排队长度，平均轮候时间，队列长度误差及其变化量；以排队长度 误差及其变化量为输入、推出飞机数量为输出，设计一个双输入单输出结构的模糊控制器， 根据模糊控制规则和推理运算确定推出飞机数量，将其输入以状态空间、切换函数、控制函 数构成的滑模控制器中，以判断该输出量（推出飞机数量）是否可靠，若可靠，则直接输出； 若不可靠，则经纠正后输出；输出量经转换器由数字信号转化成模拟信号，反馈给执行机 构，下达飞机推出指令。本实施方式以模糊控制器为主控运算，辅以滑模控制器的验证纠错 功能，实现飞机推出的双保险控制，可有效地缓解机场地面交通拥堵，提高机场运行效率， 还可最大程度地将飞机在滑行道和跑道队列中的轮候时间转化为停机坪的等待时间，还可 减少飞机待飞油耗，降低环境污染，具有广阔的应用前景。
[0034] 本实施方式对西安咸阳国际机场T3航站楼单跑道的飞机推出进行控制，并用软 件进行仿真，仿真结果显示采用基于模糊滑模控制方案后，196架次航班的平均轮候时间从 仿真前的6. 6min下降到了 5. 6min，同比下降了 15%。而平均排队长度则从仿真前的5架 次下降到4架次，同比下降了 20%。
【具体实施方式】 [0035] 二：本实施方式与一不同的是：步骤二中运用排队论 对飞机离港过程进行建模具体过程为：
[0036] (1)应用排队论对飞机离港过程进行建模；将整个飞机离港过程作为一个串联 排队系统，飞机进入滑行道为第一个排队系统，飞机离开滑行道进入跑道为第二 个排队系 统；
[0037] (2)假设飞机到达滑行道和跑道均服从泊松分布，到达率分别为A :和A 2;滑行 道和跑道的输出过程均服从负指数分布，滑行道服务率为h和跑道服务率为y 2，且1^和 y2相互独立；
[0038] 则飞机离港过程串联排队系统的平均排队长度r为：
[0041] a 飞机进入滑行道的到达率；
[0042] A2为飞机进入跑道的到达率；
[0043] ~为滑行道服务率，等于滑行道服务时间的倒数，滑行道服务时间即飞机滑行时 间；
[0044] y2为跑道服务率，等于跑道服务时间的倒数，跑道服务时间即飞机在跑道上加速 至起飞所用时间；
[0045] (3)飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间F为：
[0046]
，其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
【具体实施方式】 [0047] 三：本实施方式与一或二不同的是：步骤四中根据步 骤三中的数字信号利用r和F计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q (t)，平均轮候时 间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t)具体过程为：
[0048](1)单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 排队长度L :
[0050] (2)单位时间内飞机平均轮候时间T(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 轮候时间F:
[0052](3)单位时间内飞机排队长度误差E(t)，即为单位时间内飞机平均排队长度Q(t) 与期望排队长度Q之差：
[0053] E(t) = Q(t)-Q
[0054] (4)单位时间内飞机排队长度误差变化量EC(t)，即为本单位时间内飞机排队长 度误差E(t)与前一单位时间内飞机排队长度误差E(t-l)之差；
[0055] EC (t) = E (t) -E (t-1)。其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相同。
【具体实施方式】 [0056] 四：本实施方式与一至三之一不同的是：步骤五中模 糊控制器的模糊控制的总体规则为：
[0057] 模糊控制器运算包括确定该控制的模糊控制总体规则，确定控制器的结构，确定 输入输出的语言变量，确定各语言隶属度函数，建立模糊控制规则，确定模糊关系，模糊推 理运算，解模糊；
[0058] (1)当排队系统的实际排队长度Q(t)大于期望排队长度Q时，控制系统不予以推 出指令，要求飞机在停机坪持续等待；
[0059] (2)当排队系统的实际排队长度Q(t)等于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0060] (3)当排队系统的实际排队长度Q(t)小于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，推出并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0061] 推出不是指从排队系统推出而是从停机坪推出飞机的推出是指飞机在将其发动 机引擎关闭的状况下，被牵引车从停机坪牵引到滑行道入口位置的过程；整个过程是飞机 从停机坪退出后才进入排队系统，如果排队系统实际排队长度大于期望排队长度了就不要 再从停机坪推出飞机进入排队系统了，如果相等还可以推出，如果小于的话说明就可以推 出让其进入排队系统。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0062]
【具体实施方式】五：本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是：步骤五中模 糊控制器运算；将机场地面串联排队系统视为受控对象，塔台人员指令视为执行机构，进行 模糊控制器运算；将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为 输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数 量U(t)具体过程为：
[0063] (1)确定模糊控制器的结构；
[0064] 模糊逻辑控制器的结构确定为：以单位时间内飞机排队误差E(t)和误差变化量 EC(t)为输入、以推出飞机数量U(t)为输出的双输入单输出二维结构；
[0065] (2)确定模糊控制器的输入输出语言变量；
[0066] 输入参数和输出参数的论域、相应语言值、模糊子集及所代表的意义，如表1、表 2、表3所示；
[0067] (3)确定模糊控制器的输入输出各语言变量隶属度函数为三角形函数得到模糊集 合A、B和C的隶属度；
[0068] 该模糊控制器各语言值模糊化隶属度函数为便于计算的三角形函数，且三个语言 值的隶属度函数图像如附图2所示；为后期计算方便，将模糊集隶属度函数以矢量表示如 表4、表5、表6戶斤不；
[0069] (4)建立模糊控制器的19条模糊控制规则；
[0070]由飞机推出实际情况确定模糊控制规则，使用的模糊规则是：若输入量E(t)和 EC(t)分别为A与B，则输出量U(t)为C;
[0071] 1) If E = PB and EC = NB or NS or ZE, then U = NB
[0072] 2) If E = PB and EC = PB，then U = NM
[0073] 3) If E = PM and EC = NB, then U = NB
[0074] 4) If E = PM and EC = PB, then U = NS
[0075] 5) If E = PM and EC = PS，then U = NM
[0076] 6) If E = PS and EC = NB, then U = NB
[0077] 7) If E = PS and EC = NS or ZE, then U = NS
[0078] 8) If E = PS and EC = PB or PS, then U = ZE
[0079] 9) If E = ZE and EC = NB or NS, then U = NS
[0080] 10) If E = ZE and EC = PB or PS, then U = PS
[0081] 11) If E = ZE and EC = ZE, then U = ZE
[0082] 12) If E = NS and EC = NB or NS, then U = ZE
[0083] 13) If E = NS and EC = ZE or PS, then U = PS
[0084] 14) If E = NS and EC = PB, then U = PM
[0085] 15) If E = NM and EC = NB，then U = PS
[0086] 16) If E = NM and EC = ZE or NS，then U = PM
[0087] 17) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PM
[0088] 18) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PB
[0089] 19) If E = NB and EC = ZE or PS or PB, then U = PB
[0090] 由19条模糊控制规则可得到模糊控制规则表，如表7所示；
[0091] (5)根据建立的模糊控制规则确定模糊关系：
[0092] 采用第一类推理方式，由每一条模糊控制规则给出一个模糊关系 Rmn R B1 (1 = 1，2, . . .，19)，将19条模糊控制规则表示为：
[0094]R2=RA2H RB2 =(A!XC6) H (他U B2)XC6)
[0095] R3= RA3n RB3= (A2XC7) n ((B4U B 5) xc7)
[0096] R4= RA4门RB4= (A2XC5) n (BiXCg)
[0097]R5= R A5n RB5= (A 2XC6) n ((B2U B 3) xc6)
[0098] R6= R A6 n R B6 = (A 3 X C6) n (B 5 X C6)
[0099] R7= R A7fl RB7= (A 3XC5) n ((B3U B 4) XC5)
[0100] R8= R A8 n R B8=(A3 XC4) n(UB2)XC4)
[0101] R9= R A9 n R B9=(A4XC5) n((B4UB5) XC5)
[0102] R10= R A10 n RB10=(A4XC3) n ((Bi U B 5) XC3)
[0103] Rn = R A11 n R B11 = (A 4 X C4) n (B3 X C4)
[0104] R12=RA12n RB12 =(A5 XC4) n ((B4UB5) XC4)
[0105] R13= R A13 n R B13= (A 5Xc3) n ((B2 U B 3) XC3)
[0106] R14 = R A14 n R B14= (A 5 X C2)门（Bj X C2)
[0107] R15= RA15n RB15= (A 6Xc3) n (B 5XC3)
[0108] R16= RA16n RB16= (A6XC2) n ((B3U B4) XC2)
[0109] R17= R A17fl RB17= (A 7xc2) n ((B 4U B5) XC2)
[0110] R18= RA18n RB18= (A6Xc!) n ((B!U B2) X Cj)
[0112] 其中，R1~R19就是19条模糊控制规则对应的19个模糊关系；每一条模糊控制 规则对应的矩阵运算中得到矩阵R A1和RB1，A1~A7 B1~B5 C1~C7就是模糊控制器定 义的输入输出参数的模糊子集如表1、表2、表3;
[0113] 根据模糊集合A、B和C的隶属度即表4、表5和表6进行矩阵计算，得到R A1和Rb1:
[0114] 根据RA1和R B1计算求得总的模糊关系R = R A n R B
[0115] (6)根据（5)确定的模糊关系R1~R19得到的矩阵心和RB进行模糊推理运算；
[0116] 求得模糊控制器的模糊关系R1~R19即得到RA、R B的矩阵结构后，根据合成推理 方法进行模糊推理，得到输出量即推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U1;针对规则库（5)建 立模糊控制规则中的19条控制规则中所设定的任何一条规则1，其输出量的模糊矢量值Ui 为：
[0117]
[0118] 代表模糊控制原理里面的一种计算_合成运算合成算子" ?"用来代表两个模糊 矩阵的相乘，与线性代数中的矩阵乘极为相似只是将普通矩阵乘运算中对应元素间相乘用 取小运算"A"来代替，而运算间相加用取大"V"来代替；
[0119] 控制器总的输出控制量的模糊矢量值U为：
[0121] (7)解模糊
[0122] 采用加权平均法进行模糊控制器隶属度解模糊，根据步骤（3)确定的各语言变量 隶属度如表4~表6、模糊控制规则如表7和模糊关系R1~R19利用加权平均法公式得：
[0124] 其中％--输出量：推出飞机数量U(t)论域上的元素；
[0125] yc(Xi)--推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U;
[0126] xavr一一推出飞机数量U (t)值。其它步骤及参数与【具体实施方式】一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0127] 六：本实施方式与一至五之一不同的是：步骤六中对 u(t)进行纠正得到可靠值u' (t)的具体过程：
[0128] (1)滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数 6(f)值，表示如下：[0130] 其中：Q(t) -一当前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0131] Q(t-l)一一单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0132] T--单位时长；
[0133]y 2--跑道服务率；
[0134] U(t)--推出飞机数量；
[0135] d(t)--未知干扰，即推出飞机数量的误差；
[0136] (2)确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际 排队长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S(t)为：
[0137] S(t) = cE(t)-\-E(t)
[0138] 式中：E(t) -一当前各飞机排队长度误差；
[0139]^{t)--当前各飞机排队长度误差的导数，
[0140] 系数c大于0,且满足Hurwitz条件；
[0141] (3)确定滑模控制器控制函数U(t) ;Lyapunov函数为：
[0143] 其中，S为切换函数即S(t);
[0144]且，
[0148] (4)滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律（推出飞机数量）为：
[0150]取
[0151]K(t) = max|d(t) l + n，n>〇，n 为误差项；
[0152] ⑶若S>0，S为切换函数即S(t)，则sgn⑶=1;若S = 0,则sgn⑶=0;若S〈0， 贝lj sgn ⑶=-1 ;
[0153] 将控制律U(t)带入f中，得
[0155] 在滑模控制律中，切换增益K(t)值是造成抖振的原因，K(t)用于补偿不确定项 d(t)，以
[0156] 保证滑模存在条件竑<0得到满足；如果d(t)时变，则为了降低抖振，K(t)也时 变；可采用模糊控制实现K(t)的变化；
[0157] 滑模控制中采用模糊规则，并根据切换增益K(t)的变化，以消除系统干扰项，其 中，模糊规则如下：
[0158] 确定模糊规则设计；滑模存在条件为XV <0,当系统达到滑模面后，将会保持在滑 模面上；K(t)必须为保证系统运动得以到达滑模面的增益，K(t)值必须足以消除不确定项 的影响，才能保证滑模存在条件.V.s' <0成立；由此可得模糊规则如下：
[0159] 若欢>〇,则增大K(t);
[0160]若欢<0，则减小K(t);从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件.盔<〇成 立；
[0161] (6)采用二维模糊控制器计算A K(t);
[0162] a、确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和L输出为A K(t)，即推出飞机 数量的变化量A U (t);
[0163] b、确定输入参数S的论域、输入参数S的论域、输出参数A K(t)的论域、输入参数 S的相应语言值、输入参数々的相应语言值、输出参数A K(t)的相应语言值、输入参数S的 模糊子集、输入参数的模糊子集和输出参数A K(t)的模糊子集如表9、表10、表11所不；
[0164] c、确定输入参数S的隶属度、输入参数S的隶属度和输出参数A K(t)的隶属度；
[0165] 滑模控制器中的三个语言变量S、j和A K(t)均采用三角形函数，为便于后期计 算，将隶属度函数以矢量表示，如表12、表13、表14所示；
[0166] d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照 模糊控制原理进行计算得到A K(t)，即为推出飞机数量变化量A U(t);
[0167]满足滑模存在条件妨<0成立下设计U(t)，控制器的模糊控制规则如表15所示， 使用模糊规则：若输入量S和々的取值分别为M和N，则输出量A K (t)为L;
[0168] AK(t)为控制量的变化量，即推出飞机数量的变化量AU(t)，也可以理解为K(t) 需要修正的值；
[0169] (7)对U(t)进行纠正得到可靠值U'⑴具体为：U' (t) =U(t)+AK(t)。其 它步骤及参数与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0170] 采用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0171] 实施例一：
[0172] 本实施例一种飞机推出模糊滑模控制方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0173] 一种飞机推出模糊滑模控制方法包括飞机离港过程分析与建模，定时数据采集及 处理，模糊控制器运算，滑模控制器验证，输出执行指令，
[0174] 步骤一：飞机离港过程分析；分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件， 并提出飞机离港过程建模的假设条件；
[0175] 其中，飞机离港过程（见附图1)为：空管中心发出起飞指令，由牵引车将飞机从停 机坪推出至滑行道入口，飞机脱离牵引车并打开辅助动力系统进入滑行道队列，滑行至滑 行道末端即进入跑道队列，待前方飞机起飞后便加速起飞，正常离港；本发明对飞机离港过 程设定一些约束条件并做适当简化，以保证建模准确性和合理性；飞机离港过程的约束条 件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之间的间隔需大于尾流间隔；对飞 机离港过程建模做如下假设条件为：忽略入港飞机的影响，暂不考虑飞机机型，飞机都取相 同的最小尾流安全距离；
[0176] 步骤二：飞机离港过程建模；运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞 机离港过程看作一个串联排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长 度r和飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间F ;
[0177] 运用排队论对飞机离港过程进行建模具体过程为：
[0178](1)应用排队论对飞机离港过程进行建模；将整个飞机离港过程作为一个串联 排队系统，飞机进入滑行道为第一个排队系统，飞机离开滑行道进入跑道为第二个排队系 统；
[0179] (2)假设飞机到达滑行道和跑道均服从泊松分布，到达率分别为A :和A 2;滑行 道和跑道的输出过程均服从负指数分布，滑行道服务率为h和跑道服务率为y 2，且1^和 y2相互独立；
[0180]则飞机离港过程串联排队系统的平均排队长度互为：
[0182] 式中，
[0183] A 飞机进入滑行道的到达率；
[0184] A 2为飞机进入跑道的到达率；
[0185] ~为滑行道服务率，等于滑行道服务时间的倒数，滑行道服务时间即飞机滑行时 间；
[0186] y 2为跑道服务率，等于跑道服务时间的倒数，跑道服务时间即飞机在跑道上加速 至起飞所用时间；
[0187] (3)飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间r为：
[0189] 步骤三：定时数据采集及处理；采用机场现有电子设备以单位时间间隔（每 30min)采集机场地面信息，并将机场地面信息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的 转换器将机场地面信息的模拟信号转化为数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机 滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用时间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达 率AdP A 2、单位时间内滑行道和跑道的服务率^和y 2;
[0190] 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用r和F计算得到单位时间（每30min)内 飞机平均排队长度Q (t)，平均轮候时间T (t)，排队长度误差E (t)以及排队长度误差变化量 EC(t)；
[0191] (1)单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 排队长度Z:
[0193] (2)单位时间内飞机平均轮候时间T(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均 轮候时间
[0195] (3)单位时间内飞机排队长度误差E(t)，即为单位时间内飞机平均排队长度Q(t) 与期望排队长度Q之差：
[0196] E(t) = Q(t)-Q
[0197] (4)单位时间内飞机排队长度误差变化量EC(t)，即为本单位时间内飞机排队长 度误差E(t)与前一单位时间内飞机排队长度误差E(t-l)之差；
[0198] EC(t) = E(t)-E(t_l)。
[0199] 步骤五：模糊控制器运算；将机场地面串联排队系统视为受控对象，塔台人员指 令视为执行机构，进行模糊控制器运算；将单位时间内（每30min)飞机排队长度误差E(t) 及飞机排队长度变化量EC (t)作为输入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控 制器运算得到输出量即推出飞机数量U(t);
[0200] 模糊控制器的模糊控制的总体规则为：
[0201] 模糊控制器运算包括确定该控制的模糊控制总体规则，确定控制器的结构，确定 输入输出的语言变量，确定各语言隶属度函数，建立模糊控制规则，确定模糊关系，模糊推 理运算，解模糊；
[0202] (1)当排队系统的实际排队长度Q(t)大于期望排队长度Q时，控制系统不予以推 出指令，要求飞机在停机坪持续等待；
[0203] (2)当排队系统的实际排队长度Q(t)等于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0204] (3)当排队系统的实际排队长度Q(t)小于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机 推出，推出并按照逐个推出原则发出推出指令；
[0205] 推出不是指从排队系统推出而是从停机坪推出飞机的推出是指飞机在将其发动 机引擎关闭的状况下，被牵引车从停机坪牵引到滑行道入口位置的过程；整个过程是飞机 从停机坪退出后才进入排队系统，如果排队系统实际排队长度大于期望排队长度了就不要 再从停机坪推出飞机进入排队系统了，如果相等还可以推出，如果小于的话说明就可以推 出让其进入排队系统。
[0206] (1)确定模糊控制器的结构；
[0207] 模糊逻辑控制器的结构确定为：以单位时间内飞机排队误差E(t)和误差变化量 EC(t)为输入、以推出飞机数量U(t)为输出的双输入单输出二维结构；
[0208] (2)确定模糊控制器的输入输出语言变量；
[0209] 输入参数和输出参数的论域、相应语言值、模糊子集及所代表的意义，如表1、表 2、表3所示；
[0210] 表1误差E(t)的语言变量设定值
[0211]
[0212] 表2误差变化量EC (t)的语言变量设定值
[0214] 表3输出控制量U(t)的语言变量设定值
[0216] (3)确定模糊控制器的输入输出各语言变量隶属度函数为三角形函数得到模糊集 合A、B和C的隶属度；
[0217] 该模糊控制器各语言值模糊化隶属度函数为便于计算的三角形函数，且三个语言 值的隶属度函数图像如附图2所示；为后期计算方便，将模糊集隶属度函数以矢量表示如 表4、表5、表6戶斤不；
[0218]表4模糊集合A的隶属度
[0220] uA(x)是指模糊集合A在x = _3\-2\-1\0\1\2\3时的隶属度，这种表达方式是模 糊控制原理里常用的与U(t)完全没有关系；
[0221] 表5模糊集合B的隶属度
[0223]表6模糊集合C的隶属度
[0225]
[0226] (4)建立模糊控制器的19条模糊控制规则；
[0227] 由飞机推出实际情况确定模糊控制规则，使用的模糊规则是：若输入量E(t)和 EC(t)分别为A与B，则输出量U(t)为C;
[0228] 1) If E = PB and EC = NB or NS or ZE, then U = NB
[0229] 2) If E = PB and EC = PB，then U = NM
[0230] 3) If E = PM and EC = NB, then U = NB
[0231] 4) If E = PM and EC = PB, then U = NS
[0232] 5) If E = PM and EC = PS，then U = NM
[0233] 6) If E = PS and EC = NB, then U = NB
[0234] 7) If E = PS and EC = NS or ZE, then U = NS
[0235] 8) If E = PS and EC = PB or PS, then U = ZE
[0236] 9) If E = ZE and EC = NB or NS, then U = NS
[0237] 10) If E = ZE and EC = PB or PS, then U = PS
[0238] 11) If E = ZE and EC = ZE, then U = ZE
[0239] 12) If E = NS and EC = NB or NS, then U = ZE
[0240] 13) If E = NS and EC = ZE or PS, then U = PS
[0241] 14) If E = NS and EC = PB, then U = PM
[0242] 15) If E = NM and EC = NB，then U = PS
[0243] 16) If E = NM and EC = ZE or NS，then U = PM
[0244] 17) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PM
[0245] 18) If E = NB and EC = NS or NB, then U = PB
[0246] 19) If E = NB and EC = ZE or PS or PB, then U = PB
[0247] 由19条模糊控制规则可得到模糊控制规则表，如表7所示；
[0248] 表7模糊控制规则
[0250]
[0251] (5)根据建立的模糊控制规则确定模糊关系：
[0252] 采用第一类推理方式，由每一条模糊控制规则给出一个模糊关系札:!?' Ra1 n R B1 (1 = 1，2, . . .，19)，将19条模糊控制规则表示为：
[0254] R2= R A2 H R B2 = (A丄X C6) H ((Bj U B 2) X C6)
[0255] R3= RA3nRB3= (A2XC7) n((B4U B 5) xc7)
[0256] R4= R A4 n R B4= (A 2 X C5) n X C5)
[0257] R5=RA5nRB5= (A2XC6) fl ((B2UB3)XC6)
[0258] R6= R A6 n R B6 = (A 3 X C6) n (B 5 X C6)
[0259] r7= RA7n rB7= (a 3xc5) n ((b 3u b4) xc5)
[0260] R8= R A8 n R B8= (A 3X C4) n ((Bj U B 2) X C4)
[0261] R9= R A9 n R B9 = (A4X C5) n ((B4 U B 5) X C5)
[0262] R10= RA1〇n rb10= (a4xc3) n ((b1ub5)xc3)
[0263] Rn = R A11 n R B11 = (A 4 X C4) n (B3 X C4)
[0264] R12 = R A12 n R B12 = (A 5 X C4) n ((B4 U B 5) X C4)
[0265] R13= RA13n RB13= (A5XC3) n ((B2U B3) xc3)
[0266] R14 = R A14 n R B14= (A 5 X C2)门（Bi X C2)
[0267] R15=RA15n r b15= (a6xc3) n (b5xc3)
[0268] R16= RA16n r b16= (a6xc2) n ((B 3UB4)XC2)
[0269] r17= RA17n r b17= (a7xc2) n ((b4u b5) xc2)
[0270] R18= RA18n R B18= (AeXQ) n ((BiU B2) XCi)
[0272]其中，R1~R19就是19条模糊控制规则对应的19个模糊关系；每一条模糊控制 规则对应的矩阵运算中得到矩阵RA1和RB1，A1~A7 B1~B5 C1~C7就是模糊控制器定 义的输入输出参数的模糊子集如表1、表2、表3 ;
[0273] 根据模糊集合A、B和C的隶属度即表4、表5和表6进行矩阵计算，得到RA1和Rb1:
[0275] 求RB1之前需要先求并集
[0277]
[0278] 其中，Bj为第j个模糊子集B
[0279] 同样地，求得RA1 和RB1 (1 = 2, 3,…，19);
[0280] 然后分别根据矩阵RA1和RB1，求得心和RB:
[0283] 根据RA1和RB1计算求得总的模糊关系R=RAnRB
[0284]
[0285] (6)根据（5)确定的模糊关系R1~R19得到的矩阵心和RB进行模糊推理运算；
[0286] 求得模糊控制器的模糊关系R1~R19即得到RA、RB的矩阵结构后，根据合成推理 方法进行模糊推理，得到输出量即推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U1;针对规则库（5)建 立模糊控制规则中的19条控制规则中所设定的任何一条规则1，其输出量的模糊矢量值& 为：
[0288] 代表模糊控制原理里面的一种计算-合成运算合成算子" "用来代表两个模糊 矩阵的相乘，与线性代数中的矩阵乘极为相似只是将普通矩阵乘运算中对应元素间相乘用 取小运算"A"来代替，而运算间相加用取大"V"来代替；
[0289] 控制器总的输出控制量的模糊矢量值U为：
[0291] (7)解模糊
[0292] 采用加权平均法进行模糊控制器隶属度解模糊，根据步骤（3)确定的各语言变量 隶属度如表4~表6、模糊控制规则如表7和模糊关系R1~R19利用加权平均法公式得：
[0294] 其中％--输出量：推出飞机数量U(t)论域上的元素；
[0295] yc(Xi)--推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U;
[0296] xavr--推出飞机数量U(t)值；
[0297] (9)把（7)得到的值带进去（8)的公式里计算求得在不同排队误差和误差变化量 情况下的解模糊值E(t)、EC(t)、U(t)，如表8所示；
[0298] 表8采用加权平均法得到的解模糊值
[0299]
[0300] 步骤六：滑模控制器验证；将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑 模控制器中，判断模糊控制器输出的推出飞机数量u(t)值是否可靠即U(t)是否对系统造 成波动；如果u(t)值不会对系统造成波动即切换增益能消除飞机推出数量滑模控制系统 干扰项，将u(t)直接输出；如果u(t)值会对系统造成波动即切换增益不能消除飞机推出数 量滑模控制系统干扰项，对u(t)进行纠正得到可靠值u' (t)(对u(t)进行纠正得到可靠 值u' (t)是利用滑模控制器来进行纠正的），并将纠正后的u' (t)输出给执行结构，其 中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的u(t)或U' (t)统称为N(t);
[0301] 对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)的具体过程：
[0302] (1)滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数 0(0值，表示如下：
[0304] 其中：Q(t) -一当前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0305] Q(t-l)--单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度；
[0306] T--单位时长；
[0307] y2--跑道服务率；
[0308] U(t)--推出飞机数量；
[0309] d(t)--未知干扰，即推出飞机数量的误差；
[0310] (2)确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际 排队长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S(t)为：
[0311] S(l) =cE(t) +E(l)
[0312] 式中：E(t) -一当前各飞机排队长度误差；
[0313] _--当前各飞机排队长度误差的导数，
[0314] 系数c大于0,且满足Hurwitz条件；
[0315] (3)确定滑模控制器控制函数U(t) ;Lyapunov函数为：
[0317] 其中，S为切换函数即S(t);
[0318]且，
[0320]贝lj，
[0322] (4)滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律（推出飞机数量）为：
[0324]取
[0325] K(t) = max|d(t) | + n，n>〇，n为误差项；
[0326] (5)若S>0,S为切换函数即S(t)，则sgn⑶=1;若S= 0,则sgn⑶=0;若S〈0， 贝ljsgn⑶=-1 ;
[0327] 将控制律U(t)带入rv中，得
[0329] 在滑模控制律中，切换增益K(t)值是造成抖振的原因，K(t)用于补偿不确定项 d(t)，以保证滑模存在条件XV<0得到满足；如果d(t)时变，则为了降低抖振，K(t)也时 变；可采用模糊控制实现K(t)的变化；
[0330] 滑模控制中采用模糊规则，并根据切换增益K(t)的变化，以消除系统干扰项，其 中，模糊规则如下：
[0331] 确定模糊规则设计；滑模存在条件为# <0,当系统达到滑模面后，将会保持在滑 模面上；K(t)必须为保证系统运动得以到达滑模面的增益，K(t)值必须足以消除不确定项 的影响，才能保证滑模存在条件XX<0成立；由此可得模糊规则如下：
[0332] 若妨>〇,则增大K(t);
[0333]若<0，则减小K(t);从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件:妨<0成 立；
[0334] (6)采用二维模糊控制器计算AK(t);
[0335] a、确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和夂输出为AK(t)，即推出飞机 数量的变化量AU(t);
[0336] b、确定输入参数S的论域、输入参数S的论域、输出参数AK(t)的论域、输入参数 S的相应语言值、输入参数S的相应语言值、输出参数AK(t)的相应语言值、输入参数S的 模糊子集、输入参数S的模糊子集和输出参数AK(t)的模糊子集如表9、表10、表11所不；
[0337] 表9滑模控制器的输入量S的模糊集
[0339] 表10滑模控制器的输入量々的模糊集
[0342] 表11滑模控制器的输出量AK(t)的模糊集
[0343]
[0344] c、确定输入参数S的隶属度、输入参数S的隶属度和输出参数AK(t)的隶属度；
[0345] 滑模控制器中的三个语言变量S、S和AK(t)均采用三角形函数，为便于后期计 算，将隶属度函数以矢量表示，如表12、表13、表14所示；
[0346] 表12滑模控制器的模糊集合M的隶属度
[0348] S是滑模变量uM(X)是模糊集合M的隶属度
[0349] 表13滑模控制器的模糊集合N的隶属度
[0350]
[0351 ] S为滑模变量的导数uM(x)是模糊集合N的隶属度，
[0352] 表14滑模控制器的模糊集合L的隶属度
[0354] d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照 模糊控制原理进行计算得到AK(t)，即为推出飞机数量变化量AU(t);
[0355] 满足滑模存在条件XX<〇成立下设计U(t)，控制器的模糊控制规则如表15所示， 使用模糊规则：若输入量S和々的取值分别为M和N，则输出量AK(t)为L;
[0356] AK(t)为控制量的变化量，即推出飞机数量的变化量AU(t)，也可以理解为K(t) 需要修正的值；
[0357] 表15滑模控制器的模糊控制规则
[0360] (7)对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)具体为：U' (t) =U(t)+AK(t)。
[0361] 步骤七：输出执行指令；模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t) 的数字信号转化成模拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信 息的电子设备发送推出指令；空管中心工作人员将电子设备的推出指令下达给机场牵引车 和在停机坪等候的飞机；即完成了一种飞机推出模糊滑模控制方法。
[0362] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于一种飞机推出模糊滑模控制方法具体 是按照以下步骤进行的： 步骤一：分析飞机离港过程，明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程建模 的假设条件； 其中，飞机离港过程的约束条件如下：一条跑道仅容纳一架飞机，跑道上飞机与飞机之 间的间隔需大于尾流间隔；对飞机离港过程建模做如下假设条件为：飞机都取相同的最小 尾流安全距离； 步骤二：运用排队论对飞机离港过程进行建模；即将整个飞机离港过程看作一个串联 排队系统，并计算出飞机离港过程的串联排队系统的平均排队长度Γ和飞机离港过程串联 排队系统的平均轮候时间F; 步骤三：采用机场现有电子设备以单位时间间隔采集机场地面信息，并将机场地面信 息反馈给塔台控制中心，利用塔台控制中心的转换器将机场地面信息的模拟信号转化为 数字信号；其中，采集机场地面信息包括：飞机滑行时间、飞机在跑道上加速至起飞所用时 间、单位时间内飞机进入滑行道和跑道的到达率λ^ρ λ 2、单位时间内滑行道和跑道的服 务率μ jp μ 2; 步骤四：根据步骤三中的数字信号利用Γ和F计算得到单位时间内飞机平均排队长度 Q (t)，平均轮候时间T (t)，排队长度误差E (t)以及排队长度误差变化量EC (t); 步骤五：将单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为输 入量，输入模糊控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数量 U(t)； 步骤六：将模糊控制器的输出量即推出飞机数量U(t)输入到滑模控制器中；如果切换 增益能消除飞机推出数量滑模控制系统干扰项，将U(t)直接输出；如果切换增益不能消除 飞机推出数量滑模控制系统干扰项，对U(t)进行纠正得到可靠值U' (t)，并将纠正后的 U' (t)输出给执行结构，其中，将不会对系统造成波动的飞机推出数量的U(t)或U' (t) 统称为N(t); 步骤七：模糊滑模控制器验证后的可靠值N(t)，经转换器将N(t)的数字信号转化成模 拟信号，并将模拟信号反馈给执行机构；执行机构向推出飞机数量信息的电子设备发送推 出指令；即完成了 一种飞机推出模糊滑模控制方法。2. 根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤二中运 用排队论对飞机离港过程进行建模具体过程为： (1) 将整个飞机离港过程作为一个串联排队系统，飞机进入滑行道为第一个排队系统， 飞机离开滑行道进入跑道为第二个排队系统； (2) 假设飞机到达滑行道和跑道均服从泊松分布，到达率分别为λ JP λ 2;滑行道和跑 道的输出过程均服从负指数分布，滑行道服务率为U1和跑道服务率为μ 2，且μ JP μ 2相 互独立； 则飞机离港过程串联排队系统的平均排队长度Γ为：λ 飞机进入滑行道的到达率； λ 2为飞机进入跑道的到达率； U1S滑行道服务率，等于滑行道服务时间的倒数，滑行道服务时间即飞机滑行时间； μ 2为跑道服务率，等于跑道服务时间的倒数，跑道服务时间即飞机在跑道上加速至起 飞所用时间； (3)飞机离港过程串联排队系统的平均轮候时间P为：3. 根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤四中根 据步骤三中的数字信号利用Γ和F计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，平均轮 候时间T (t)，排队长度误差E (t)以及排队长度误差变化量EC (t)具体过程为： (1) 单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均排队 长度Γ:(2) 单位时间内飞机平均轮候时间T(t)，即为飞机离港过程串联排队系统的平均轮候 时间?Γ:(3) 单位时间内飞机排队长度误差E(t)，即为单位时间内飞机平均排队长度Q(t)与期 望排队长度Q之差： E(t) = Q(t)-Q (4) 单位时间内飞机排队长度误差变化量EC(t)，即为本单位时间内飞机排队长度误 差E(t)与前一单位时间内飞机排队长度误差E(t-l)之差； EC (t) = E (t) -E (t-Ι) 〇4. 根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤五中模 糊控制器的模糊控制的总体规则为： (1) 当排队系统的实际排队长度Q(t)大于期望排队长度Q时，要求飞机在停机坪持续 等待； (2) 当排队系统的实际排队长度Q(t)等于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机推出， 并按照逐个推出原则发出推出指令； (3) 当排队系统的实际排队长度Q(t)小于期望排队长度Q时，控制系统允许飞机推出， 推出并按照逐个推出原则发出推出指令。5.根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤五中将 单位时间内飞机排队长度误差E(t)及飞机排队长度变化量EC(t)作为输入量，输入模糊 控制器即模糊逻辑控制器进行模糊控制器运算得到输出量即推出飞机数量U(t)具体过程 为： (1) 确定模糊控制器的结构； 模糊逻辑控制器的结构确定为：以单位时间内飞机排队误差E(t)和误差变化量EC(t) 为输入、以推出飞机数量U(t)为输出的双输入单输出二维结构； (2) 确定模糊控制器的输入输出语言变量； (3) 确定模糊控制器的输入输出各语言变量隶属度函数为三角形函数得到模糊集合 A、B和C的隶属度； (4) 建立模糊控制器的19条模糊控制规则； (5) 根据建立的模糊控制规则确定模糊关系： 采用第一类推理方式，由每一条模糊控制规则给出一个模糊关系R1:R i= Rai Π Rb1 (1 = 1，2,. . .，19)，将19条模糊控制规则表示为：其中，Rl~R19就是19条模糊控制规则对应的19个模糊关系；每一条模糊控制规则 对应的矩阵运算中得到矩阵Rai和R B1，Al~A7 Bl~B5 Cl~C7就是模糊控制器定义的 输入输出参数的模糊子集； 根据模糊集合A、B和C的隶属度进行矩阵计算，得到Rai和R B1: 根据Rai和Rb1计算求得总的模糊关系R = RAn Rb (6) 根据（5)确定的模糊关系Rl~R19得到的矩阵^和Rb进行模糊推理运算； 求得模糊控制器的模糊关系Rl~R19即得到RA、Rb的矩阵结构后，根据合成推理方法 进行模糊推理，得到输出量即推出飞机数量U (t)的模糊矢量值仏为： U1= E ⑴ 〇 Rai n EC (t) 〇RB1; 其中，合成算子?用来代表两个模糊矩阵的相乘； 控制器总的输出控制量的模糊矢量值U为：(7) 解模糊 采用加权平均法进行模糊控制器隶属度解模糊，根据步骤（3)确定的各语言变量隶属 度、模糊控制规则和模糊关系Rl~R19利用加权平均法公式得：其中％--输出量：推出飞机数量U (t)论域上的元素； Uc(Xi)一一推出飞机数量U(t)的模糊矢量值U ; Xavr--推出飞机数量U (t)值。6.根据权利要求1所述的一种飞机推出模糊滑模控制方法，其特征在于：步骤六中对 U (t)进行纠正得到可靠值U' (t)的具体过程： (1) 滑模控制器系统的状态空间为当前串联排队系统中飞机平均排队长度的导数0(0 值，表示如下：其中：Q(t) -一当前串联排队系统中飞机平均排队长度； Q(t-l)-一单位时长前串联排队系统中飞机平均排队长度； T--单位时长； y 2--跑道服务率； u(t)--推出飞机数量； d(t)一一未知干扰，即推出飞机数量的误差； (2) 确定滑模控制器切换函数和机场地面串联排队系统的广义误差E(t)为实际排队 长度与期望排队长度的误差得到滑模控制器的切换函数S (t)为： S(t) = cE(t) + E{t) 式中：E(t) -一当前各飞机排队长度误差； m一一当前各飞机排队长度误差的导数，系数C大于0,且满足Hurwitz条件； (3) Lyapunov 函数为：其中，S为切换函数即S(t); 且，(4) 滑模控制器的控制函数U(t)即滑模控制律为：取 K (t) = max I d (t) I + η，η >〇，η 为误差项； (5) 若S>0, S为切换函数即S (t)，则Sgn⑶=I ;若S = 0,则Sgn⑶=0 ;若S〈0,则 sgn(S) = -1 ； 将控制律U(t)带入中，得K(t)值必须足以消除不确定项的影响，才能保证滑模存在条件XV <0成立；由此可得 模糊规则如下： 若XV>〇,则增大K(t); 若妨<〇,则减小K(t);从而确定K(t)的变化量以保证滑模存在条件访<0成立； (6) 采用二维模糊控制器计算Λ K (t); a、 确定模糊控制器结构，模糊控制器的输入为S和夂输出为AK(t)，即推出飞机数量 的变化量Δυα); b、 确定输入参数S的论域、输入参数々的论域、输出参数Δ K (t)的论域、输入参数S的 相应语言值、输入参数々的相应语言值、输出参数AK(t)的相应语言值、输入参数S的模糊 子集、输入参数々的模糊子集和输出参数△ K(t)的模糊子集； C、确定输入参数S的隶属度、输入参数々的隶属度和输出参数AK(t)的隶属度； d、根据K(t)的变化量确定滑模控制器的模糊控制规则；根据模糊控制规则按照模糊 控制原理进行计算得到Λκα)，即为推出飞机数量变化量AU(t); (7)对U(t)进行纠正得到可靠值U'⑴具体为：U' (t)=U(t) + AK(t)。
【专利摘要】一种飞机推出模糊滑模控制方法，本发明涉及飞机推出模糊滑模控制方法。本发明是要解决机场地面交通拥挤，机场地面运行效率低，飞机地面油耗高和环境污染的问题而提出的一种飞机推出模糊滑模控制方法。该方法是通过1、明确飞机离港过程的约束条件，并提出飞机离港过程建模的假设条件；2、运用排队论对飞机离港过程进行建模；3、将机场地面信息的模拟信号转化为数字信号；4、计算得到单位时间内飞机平均排队长度Q(t)，平均轮候时间T(t)，排队长度误差E(t)以及排队长度误差变化量EC(t)；5、推出飞机数量U(t)；6、得到不会对系统造成波动的飞机推出数量的U(t)或U′(t)统称为N(t)；7、经转换器将N(t)的模拟信号反馈给执行机构等步骤实现的。本发明应用于飞机推出模糊滑模控制领域。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN104898424
【申请号】CN201510249666
【发明人】张亚平, 刘翰宁, 邢志伟, 程绍武, 付川云, 韦钰, 别一鸣, 程国柱, 彭挺, 李河江
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月15日
最新回复(0)