一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法技术

本发明专利技术涉及一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，属于飞行控制技术领域。本方法主要通过4个模块的复合控制来实现，包括升降舵通道控制律模块、油门通道控制律模块、副翼通道控制律模块和方向舵通道控制律模块。本方法利用下滑道未来信息进行前馈控制，利用舰载机当前信息进行反馈控制，可以提前对舰载机的舵面和油门实施平均操作以达到跟踪补偿目的，减小瞬时的能量，并且加快响应速度，确保舰载机能在航母上安全着舰。

【技术实现步骤摘要】
一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法
本专利技术涉及一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，属于飞行控制

技术介绍
舰载机作为航母的主要攻击力量，其关键技术是如何保障其在十分恶劣的着舰环境下安全、准确着舰。舰载机在着舰时为了减小与航母甲板的啮合速度，通常要求航母以一定航速逆风行驶。航母在顶风行驶时，通过甲板上方的气流会在舰尾发生突变，形成舰尾流。当舰载机飞过该片区域时，其飞行品质会急剧恶化，最严重的舰尾流干扰会超出飞机的性能边界，进而导致其无法安全着舰，所以着舰时的舰尾流扰动是着舰误差的一个重要来源。舰载机在着舰前的最后20秒发生飞行事故的概率非常高，即使最优秀的飞行员也不能保证每次舰载机都能在舰尾流干扰等不利因素的影响下安全着舰，因此，研究设计具有看舰尾流干扰的舰载机自动着舰控制系统具有重要的意义。舰载机着舰一般采用下滑道跟踪着舰，舰载机截获合适的下滑道后，可以提前知道所有的下滑道信息。目前，针对含舰尾气流抑制的舰载机自动着舰的研究，国内外学者研究的重点都是利用当前信息进行反馈控制来设计控制律。而舰载机在下滑过程中下滑道轨迹信息均为可预见信息，但国内外学者没有利用这些可预见的未来信息对舰载机进行前馈控制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，利用下滑道轨迹的现在和未来信息对舰载机进行复合控制，实现对下滑道高度的跟踪和有效的抑制和消除侧向偏移，同时实现对舰尾流的抑制。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，包括以下步骤：(1)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对升降舵通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δrx、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δxp、目标飞行高度指令ΔHc以及舰尾流干扰的纵向分量Δwlon进行前馈控制；以当前俯仰角增量Δθ、俯仰角速率增量Δq和舰载机飞行高度增量ΔH信息作为反馈信号，其中高度采用PID控制，以当前下滑道高度作为目标高度指令，升降舵通道的计算方法如下：首先将飞机的纵向状态方程离散化，得到飞机的纵向离散化模型：其中，Δxblon＝[ΔuΔwΔαΔqΔθ]T，Δxblon为纵向状态变量，Δu为空速横向分量的反馈量与配平值之差，Δw为空速垂直分量的反馈量与配平值之差，Δα为迎角反馈量与配平值之差，Δq为俯仰角速率反馈量与配平值之差，Δθ为俯仰角反馈量与配平值之差；Δwblon＝[ΔugΔwg]T为舰尾流干扰的横向和纵向速度分量，Δug为舰尾流干扰的横向速度分量，Δwg为舰尾流干扰的垂直速度分量，Ablon、B1blon、B2blon、Aeblon为飞机的纵向状态空间矩阵；Δh为实际飞行高度值；Δher为实际飞行高度反馈量与理想下滑高度之差；在采样时间为Ts，下滑道高度信息的可预见时间tp时，可预见步数N＝tp/Ts；Ap、Bp、Cp为N步延时器的状态空间系数，Cp＝[101×(N-1)]上式中Δrx(k)＝Δhc(k+N)是k时刻的下滑道高度的N步预见值，Δxp是下滑道高度可预见信息的存储值，可表示为：其中：N为预见步数；由纵向离散化模型∑lon可以推导得到：其中：Δublon为纵向控制输入量矩阵，Δublon＝[ΔδeΔδT]T，Δδe为升降舵偏角增量，ΔδT为油门增量，Aglon、Bglon、Cglon为中间变量系数矩阵；定义Δxglon＝[ΔxblonΔh]T，目标要寻找控制信号Δublon，使得控制性能指标Jlon最小化其中：W1为纵向全信息鲁棒预见控制律输出权重；W2为纵向全信息鲁棒预见控制律输入权重；当系统满足以下三个条件时，可以得到满足要求复合控制器：(1)(AglonBglon)是稳定的；(2)W2′W2＞0；(3)满秩；升降舵通道的控制律如下：其中Kq为俯仰角速率控制参数；Kθ为俯仰角控制参数；Fplon，1为Fplon的第一行；Frlon，1为Frlon的第一行；Fwlon，1为Fwlon的第一行；式中Fplon，1是Fplon的第一行；Frlon，1是Frlon的第一行；Fwlon，1是Fwlon的第一行；Fplon，Frlon，Fwlon的计算公式如下：式中，Cglon＝[0I]，W1为纵向全信息鲁棒预见控制律输出权重，W2为纵向全信息鲁棒预见控制律输入权重，Fglon为纵向状态变量反馈系数矩阵，j为中间变量，Z为整数集合，S、Acg均为中间变量系数矩阵，Xgg是下面的离散代数Riccati方程的稳态解：(2)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对油门通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δrx、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δxp、升降舵偏角增量Δδe及舰尾流干扰的纵向分量Δwl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对升降舵通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δrx、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δxp、目标飞行高度指令ΔHc以及舰尾流干扰的纵向分量Δwlon进行前馈控制；以当前俯仰角增量Δθ、俯仰角速率增量Δq和舰载机飞行高度增量ΔH信息作为反馈信号，其中高度采用PID控制，以当前下滑道高度作为目标高度指令；(2)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对油门通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δrx、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δxp、升降舵偏角增量Δδe及舰尾流干扰的纵向分量Δwlon进行前馈控制，利用迎角增量Δα和法向加速度增量Δaz进行反馈控制，将前馈和反馈结合进行控制；(3)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对副翼通道进行控制：利用舰尾流干扰的侧向分量Δwlat进行前馈控制，利用滚转角增量Δφ、滚转角速度增量Δp、偏航角增量Δψ、横侧向状态变量Δxblat、目标飞行侧偏距指令Δyc和舰载机的侧偏距增量Δy进行反馈控制，其中侧偏距采用PID控制，以零侧偏距作为目标侧偏距指令；(4)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对方向舵通道进行控制：利用当前副翼偏角增量Δδa及舰尾流干扰的侧向分量Δwlat进行前馈控制，利用当前的偏航角速度增量Δr、侧滑角增量Δβ、滚转角速度增量Δp、横侧向状态变量Δxblat、目标飞行侧偏距指令Δyc和舰载机的侧偏距增量Δy进行反馈控制，将前馈和反馈结合进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对升降舵通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δrx、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δxp、目标飞行高度指令ΔHc以及舰尾流干扰的纵向分量Δwlon进行前馈控制；以当前俯仰角增量Δθ、俯仰角速率增量Δq和舰载机飞行高度增量ΔH信息作为反馈信号，其中高度采用PID控制，以当前下滑道高度作为目标高度指令；(2)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对油门通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δrx、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δxp、升降舵偏角增量Δδe及舰尾流干扰的纵向分量Δwlon进行前馈控制，利用迎角增量Δα和法向加速度增量Δaz进行反馈控制，将前馈和反馈结合进行控制；(3)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对副翼通道进行控制：利用舰尾流干扰的侧向分量Δwlat进行前馈控制，利用滚转角增量Δφ、滚转角速度增量Δp、偏航角增量Δψ、横侧向状态变量Δxblat、目标飞行侧偏距指令Δyc和舰载机的侧偏距增量Δy进行反馈控制，其中侧偏距采用PID控制，以零侧偏距作为目标侧偏距指令；(4)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对方向舵通道进行控制：利用当前副翼偏角增量Δδa及舰尾流干扰的侧向分量Δwlat进行前馈控制，利用当前的偏航角速度增量Δr、侧滑角增量Δβ、滚转角速度增量Δp、横侧向状态变量Δxblat、目标飞行侧偏距指令Δyc和舰载机的侧偏距增量Δy进行反馈控制，将前馈和反馈结合进行控制。2.根据权利要求1所述的一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，其特征在于，所述步骤(1)升降舵通道的计算方法如下：首先将飞机的纵向状态方程离散化，得到飞机的纵向离散化模型：其中，Δxblon＝[ΔuΔwΔαΔqΔθ]T，Δxblon为纵向状态变量，Δu为空速横向分量的反馈量与配平值之差，Δw为空速垂直分量的反馈量与配平值之差，Δα为迎角反馈量与配平值之差，Δq为俯仰角速率反馈量与配平值之差，Δθ为俯仰角反馈量与配平值之差；Δwblon＝[ΔugΔwg]T为舰尾流干扰的横向和纵向速度分量，Δug为舰尾流干扰的横向速度分量，Δwg为舰尾流干扰的纵向速度分量，Ablon、B1blon、B2blon、Aeblon为飞机的纵向状态空间矩阵；Δh为实际飞行高度值；Δher为实际飞行高度反馈量与理想下滑高度之差；在采样时间为Ts，下滑道高度信息的可预见时间tp时，可预见步数N＝tp/Ts；Ap、Bp、Cp为N步延时器的状态空间系数，Cp＝[101×(N-1)]上式中Δrx(k)＝Δhc(k+N)是k时刻的下滑道高度的N步预见值，Δxp是可预见的理想下滑高度的信息存储值，可表示为：其中：N为预见步数；由纵向离散化模型Σlon可以推导得到：其中：Δublon为纵向控制输入量矩阵，Δublon＝[ΔδeΔδT]T，Δδe为升降舵偏角增量，ΔδT为油门增量，Aglon、Bglon、Cglon为中间变量系数矩阵；定义Δxglon＝[ΔxblonΔh]T，目标要寻找控制信号Δublon，使得控制性能指标Jlon最小化其中：W1为纵向全信息鲁棒预见控制律输出权重；W2为纵向全信息鲁棒预见控制律输入权重；当系统满足以下三个条件时，可以得到满足要求复合控制器：(1)(AglonBglon)是稳定的；(2)W2'W2＞0；(3)满秩；升降舵通道的控制律如下：其中Kq为俯仰角速率控制参数；Kθ为俯仰角控制参数；Fplon,1为Fplon的第一行；Frlon,1为Frlon的第一行；Fwlon,1为Fwlon的第一行；式中Δθc为俯仰角指令，为高度控制中的比例控制系数、为高度控制中的积分控制系数，为高度控制中的微分控制系数；Fplon,Frlon,Fwlon的计算公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：甄子洋，邵敏敏，龚华军，王新华，江驹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32