一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统技术方案

一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，包括扰动通道、控制通道和扰动辨识通道；采用辨识方法辨识出控制通道的离散传递函数，基于该离散传递函数构建扰动辨识通道；采用扰动辨识通道辨识出的扰动作为前馈控制器系数计算的反馈计算输入，并利用FIR模型来设计前馈控制器，从而增大了补偿作用，提高了控制效率，最大程度上满足了飞行器阵风减缓自适应前馈控制的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，特别是一种飞行器阵风减 缓自适应前馈控制系统，属于飞行器控制

技术介绍
为了降低运输机对环境的影响及提高飞行器的效率，未来的解决方案为大展弦比 轻重量飞行器。对于高空长航时无人机来说，由于高空低密度以及其低翼载特性决定其必 须采用大展弦比低重量构型。这两类飞行器的刚体运动频率与结构弹性振动频率接近，当 遇到阵风时将严重激发其结构的振动，这将大大降低乘坐品质（对于运输机来说）和影响 操纵性，甚至导致结构破坏。 当阵风信息和系统的部分信息已知时，对于扰动补偿来说前馈控制优于一般反馈 控制。理想情况下，前馈控制可完全消除可测扰动的影响。采用前馈控制时扰动响应与控 制补偿之间无时间延迟。 机载激光探测传感器（Light detection and ranging, LIDAR)的专利技术与使用为应 用前馈控制器进行阵风载荷减缓提供了前提。还有些其它的仪器，如霍尼韦尔的IntuVue 三维天气雷达，也可用于进行阵风信息的采集。 在现有的前馈控制中，如图1所示，图中wg(t)为飞行器前方阵风，^(?)为激光探 测传感器探测到的阵风信号，是 Wg(t)的近似，H为阵风扰动与飞行器响应之间的传递函数， G为飞行器控制作动器与其响应之间精确的传递函数，C)是-G的近似，G。为前馈控制器，自 适应滤波器为前馈控制器G。提供系数。u(t)和1! 3(〇分别为中间信号，x(t)和y(t)分别 为扰动通道和控制通道的输出响应，e(t)为响应误差，是x(t)与y(t)的和。在该自适应前 馈控制中采用飞行器在控制器作用下的响应，即e(t)来作为前馈控制器系数的计算输入， 这样前馈控制器对飞行器的补偿是基于闭环响应的，补偿作用偏小。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种飞行器阵风减缓自 适应前馈控制系统，采用辨识方法辨识出控制通道的离散传递函数，基于该离散传递函数 构建扰动辨识通道；采用扰动辨识通道辨识出的扰动作为前馈控制器系数的反馈计算输 入，并利用FIR(有限脉冲响应）模型来设计前馈控制器，从而增大了补偿作用，提高了控制 效率，最大程度上满足了飞行器阵风减缓自适应前馈控制的需求。 本专利技术的技术解决方案是：一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，包括扰动 通道、控制通道和扰动辨识通道； 所述扰动通道接收阵风信号Wg (t)，并输出扰动响应信号X (t)，控制通道接收阵风 测试信号火(〇,并输出控制响应信号y⑴； 所述扰动辨识通道接收响应误差信号e (t)，输出扰动响应辨识信号nO并作为反 馈信号输入给控制通道，所述响应误差信号e(t)为扰动通道的输出响应x(t)和控制通道 的输出响应y(t)之和，所述扰动辨识通道由公式： 给出，其中q 1为延迟算子，q 1IiU) = U (t-ι)，u (t)为飞行器控制作动器输入信 号，AQ1)和BQ1)由公式： 给出，为飞行器控制作动器输入与飞行器控制通道响应之间精确传递函数G 的近似函数。 所述飞行器控制作动器输入与飞行器控制通道响应之间精确传递函数G的近似 函数_?|具体过程为： (i)在飞行器配平状态下，向飞行器的控制作动器输入测试信号u (t)来操纵控制 舵面，记录飞行器控制通道的响应信号y(t); (ii)以u(t)为输入，y(t)为输出，辨识飞行器控制作动器输入与飞行器控制通 道响应信号之间精确传递函数G的近似函数_參，具体由公式：.V(Y) ? -G(i/)?(〇给出，其中 G > -Gr。 所述辨识通过MATLAB软件里的tfest函数完成。 所述测试信号u(t)采用频率随时间增加的正弦信号；具体由公式： u (t) = u〇+uA (2 π ft) 给出，其中u。是常值，uA为输入信号的幅值，f为t时刻的瞬间频率，由公式： f = f〇t 给出，其中f。是常值。 所述控制通道包括激光探测传感器、滤波器、自适应滤波器、前馈控制器和控制 作动器； 所述激光探测传感器接收输入的阵风测试信号Wg(t)，并将探测到的阵风信号 七⑴发送给前馈控制器和滤波器0，所述滤波器#以测得的阵风信号A⑴为输入，输出 信号u a(t)给自适应滤波器，自适应滤波器根据接收到的输出信号ua(t)和扰动响应辨识信 号離)，计算前馈控制器的系数并输出给前馈控制器，前馈控制器根据接收到的系数和阵 风信号 <⑴，产生前馈控制信号u (t)输出给控制作动器和扰动辨识通道，控制作动器根 据接收到的前馈控制信号u(t)进行前馈控制。 所述前馈控制器为基于FIR模型的前馈控制器。 所述前馈控制器离散传递函数G。(Z)具体由公式： 给出，其中Bk(Z)为基函数，LkS系数来自于自适应滤波器，η为预先给定的前馈 控制器阶数，ζ为离散传递函数变量； 基函数Bk(Z)由公式： Bk (ζ) = ζ k，k = 1，2, · · ·，η 给出。 所述Lk由自适应算法得到，求得时间步N对应的每个基函数输出的系数向量L (N) =具体步骤为： (1)初始化系数向量L(O) = ，Ρ(0) = δ 1I,其中δ为常数，δ大于 〇, I为单位矩阵； (2)在时间步N时，计算每个基函数输出的系数L(N)，具体由公式： 给出，其中k(N)为增益向量，由公式： 给出，π (N)由公式： Ji (N) = P(N-I) Φ (N) 给出，P(N)为反相关矩阵，由公式： P(N) = λ 1P(N-I)-A 1Ii(N) ΦT(N) P (N-I) 给出，λ是遗忘因子，〇〈 λ彡1 ; 〇(#) = ['(#)，心是时间步N时 FIR模型中各个基函数的输出； ε (N)由公式： ε (N) = e (N)-Lt (N-I) Φ (N) 给出，e (N)为在时间步N时飞行器的响应。 本专利技术与现有技术相比的有益效果是： 本专利技术中的系统利用控制通道的传递函数来构建扰动辨识通道，并通过扰动辨识 通道辨识到的扰动值作为反馈值，用于前馈控制器系数的解算，与现有方法中利用扰动通 道响应信号与控制通道响应信号之和，即飞行器的闭环响应作为反馈值相比，增大了补偿 作用，提高了控制效率。【附图说明】 图1为现有的前馈控制框图； 图2为本专利技术阵风减缓控制框图； 图3为本专利技术采用的FIR控制器模型示意图； 图4为本专利技术实施例中的二维翼型模型图； 图5为本专利技术实施例中正弦信号示意图； 图6为本专利技术实施例中翼型的响应示意图； 图7为本专利技术实施例中" Ι-cos "阵风示意图； 图8为"Ι-cos"阵风下的控制器响应示意图； 图9为" 1-cos"阵风下控制舵面的偏转示意图； 图10为本专利技术实施例中Von Κ?ΓΠ??η阵风示意图； 图11为Von Κ?ΓΠ??η阵风下翼型俯仰开环响应和采用FIR_e模型设计的控制器控 当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，其特征在于：包括扰动通道、控制通道和扰动辨识通道；所述扰动通道接收阵风信号wg(t)，并输出扰动响应信号x(t)，控制通道接收阵风测试信号并输出控制响应信号y(t)；所述扰动辨识通道接收响应误差信号e(t)，输出扰动响应辨识信号并作为反馈信号输入给控制通道，所述响应误差信号e(t)为扰动通道的输出响应x(t)和控制通道的输出响应y(t)之和，所述扰动辨识通道由公式：x^(t)=1A(q-1)(A(q-1)e(t)-q-dB(q-1)u(t))]]>给出，其中q‑1为延迟算子，q‑1u(t)＝u(t‑1)，u(t)为飞行器控制作动器输入信号，A(q‑1)和B(q‑1)由公式：G^(q-1)=q-dB(q-1)A(q-1)]]>给出，为飞行器控制作动器输入与飞行器控制通道响应之间精确传递函数G的近似函数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永志，李锋，吴健，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11