基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法技术

技术编号:24330314 阅读:66 留言:0更新日期:2020-05-29 19:23
本发明专利技术是关于一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,属于飞行器控制技术领域。首先采用元器件测量飞行器的过载与角速度,并与过载指令比较得到过载误差;再进行非线性自适应变换得到过载误差非线性信号与角速度非线性混合信号;由过载误差进行抗饱和运算与非线性积分,并与过载误差积分信号进行综合与饱和限制,得到综合积分信号;最后根据所述的过载误差信号、纵向过载误差非线性信号、角速度非线性混合信号以及综合积分信号进行组合,得到最终的纵向过载控制总信号,实现飞行器纵向过载跟踪纵向过载指令信号。该方法可以在仅测量过载与角速度的情况下实现过载控制,具有简单经济与鲁棒性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法
本专利技术属于飞行器控制领域,尤其涉及一种仅测量纵向过载与俯仰角速度来控制飞行器过载的控制系统设计方法。
技术介绍
过载是飞行力学领域所特有的一个形容飞行器机动大小的量,也是一个无因次与无单位的物理量。其与飞行器加速度有着密切联系,粗略来看侧向过载是飞行器某个方向上的加速度与重力加速度的比值,当然,纵向过载略有不同。正是由于过载与加速度、机动性之间的天然密切联系,因此过载控制成为了飞行器控制领域的一个关键分支。与传统的姿态控制相比,过载控制的突出优点是反应速度快,机动性好,因此特别适合于对灵巧性要求较高的飞行器控制系统设计。当然传统的姿态控制有着更为广泛的应用,主要原因是在于过载控制在某些飞行态势下,存在稳定裕度不足或者鲁棒性不足的问题。基于该方面原因,本专利技术提出了一种仅测量飞行器纵向过载与飞行器俯仰角速率,即可实现飞行器纵向通道过载跟踪指令过载的控制方法。其优点之一在于控制方案简单经济;其二在于通过引入复杂的非线性变换,使得系统具有较大的非线性不灵敏区域,从而使得过载控制在兼有快速性的同时,具有鲁棒性较好的优点。因此尽管非线性变换一定程度上降低了系统的反应灵敏度,但其为飞行器系统带来了更好的稳定裕度与环境适应能力。需要说明的是,在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致过载控制稳定裕度不足的问题,并能降低飞行器过载控制的经济成本。本专利技术提供了一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,包括以下步骤:步骤S10:在飞行器上安装线加速度计,或者惯性导航设备,测量飞行器的纵向过载,同时安装速率陀螺仪,测量飞行器的俯仰角速率;步骤S20:针对所述的纵向过载测量信号,与纵向过载指令信号进行比较得到纵向过载误差信号,并进行非线性自适应变换,得到纵向过载误差非线性信号;步骤S30:针对所述的角速度测量信号与纵向过载非线性误差信号,进行线性与非线性混合变换,得到角速度非线性混合信号;步骤S40:根据所述的侧向过载误差进行抗饱和运算与非线性积分,得到侧向过载误差的非线性积分信号,并与侧向过载误差积分信号进行综合,并进行饱和限制,得到综合积分信号;步骤S50:根据所述的过载误差信号、纵向过载误差非线性信号、角速度非线性混合信号以及综合积分信号进行线性组合,得到最终的纵向过载控制总信号;步骤S60:将所述的过载控制总信号输送给俯仰舵机,俯仰舵机控制飞行器俯仰舵,实现飞行器纵向过载跟踪纵向过载指令信号。下面针对上述步骤的核心内容作更为具体的展开阐述,后续更为详细的说明将在具体实施方式与案例实施仿真中进行补充。在本专利技术的一种示例实施例中,针对所述的纵向过载测量信号,与纵向过载指令信号进行比较得到纵向过载误差信号,并进行非线性自适应变换,得到纵向过载误差非线性信号包括:eb=|eny|3/5;其中为纵向过载指令,ny为纵向过载测量信号,eny为纵向过载误差信号,ε1、ε2、k1、k2、k3与k4为常值控制参数,为纵向过载误差非线性信号。在本专利技术的一种示例实施例中,对所述的角速度测量信号与纵向过载非线性误差信号,进行线性与非线性混合变换,得到角速度非线性混合信号包括:ωb=|ωy|3/5;其中ωy为角速度测量信号,为角速度非线性信号,ε3、ε4、k5、k6、k7、k8与k9为常值控制参数,为角速度非线性混合信号。在本专利技术的一种示例实施例中,根据所述的侧向过载误差进行抗饱和运算与非线性积分,得到侧向过载误差的非线性积分信号,并与侧向过载误差积分信号进行综合,并进行饱和限制,得到综合积分信号:s1=∫ebnydt;s2=∫enydt;s0=s1+k10s2;其中eny为侧向过载误差信号,ebny为抗饱和信号,记作,其计算方式如下:ε5、k10为常值控制参数,b1为饱和界参数,也为常值参数。s1为侧向过载误差非线性积分信号,s2为侧向过载误差积分信号,s为综合积分信号在本专利技术的一种示例实施例中,针对所述的过载误差信号、纵向过载误差非线性信号、角速度非线性混合信号以及综合积分信号进行线性组合,得到最终的纵向过载控制总信号包括:w=k11eny+k12fe1+k13fω2+k14s;其中k11、k12、k13、k14、k15与ε6为常值控制参数,w为中间信号,eny过载误差信号,为纵向过载误差非线性信号,为角速度非线性混合信号,s为综合积分信号,δz为过载控制总信号。最终过载控制总信号直接驱动飞行器的俯仰舵机,使得飞行器的纵向过载跟踪过载指令信号。本专利技术一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,给出了仅测量过载与角速度的简单经济的飞行器纵向过载控制实现方法。同时由于非线性变换、非线性积分、饱和限幅等方法的采用,使得过载控制的稳定裕度与鲁棒性大大增加。尤其是复杂非线性变换的引入,使得控制系统具有较大的不灵敏区域,从而能够极大地削弱外界扰动对系统带来的影响。因此本专利技术提出的过载控制方法使得控制系统本身具有较好的鲁棒性,从而具有较高的可靠性与工程应用价值。应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本专利技术的实施例,并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法的流程图;图2是本专利技术所提供案例的飞行器纵向过载信号变化曲线(无单位);图3是本专利技术所提供案例的飞行器纵向过载误差信号变化曲线(无单位);图4是本专利技术所提供案例的飞行器纵向过载误差非线性信号变化曲线(无单位);图5是本专利技术所提供案例的飞行器俯仰角速度非线性信号变化曲线(单位:度每秒);图6是本专利技术所提供案例的飞行器俯仰角速度信号变化曲线(单位:度每秒);图7本专利技术所提供案例的飞行器过载误差综合积分信号曲线(无单位);图8是本专利技术所提供案例的飞行器纵向过载控制总信号曲线(无单位);图9是本专利技术所提供案例的飞行器俯仰舵偏角信号曲线(单位:度);图10是本专利技术所提供案例的飞行器攻角曲线(单位:度);具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤S10:在飞行器上安装线加速度计,或者惯性导航设备,测量飞行器的纵向过载,同时安装速率陀螺仪,测量飞行器的俯仰角速率;/n步骤S20:针对所述的纵向过载测量信号,与纵向过载指令信号进行比较得到纵向过载误差信号,并进行非线性自适应变换,得到纵向过载误差非线性信号;/n步骤S30:针对所述的角速度测量信号与纵向过载非线性误差信号,进行线性与非线性混合变换,得到角速度非线性混合信号;/n步骤S40:根据所述的侧向过载误差进行抗饱和运算与非线性积分,得到侧向过载误差的非线性积分信号,并与侧向过载误差积分信号进行综合,并进行饱和限制,得到综合积分信号;/n步骤S50:根据所述的过载误差信号、纵向过载误差非线性信号、角速度非线性混合信号以及综合积分信号进行线性组合,得到最终的纵向过载控制总信号;/n步骤S60:将所述的过载控制总信号输送给俯仰舵机,俯仰舵机控制飞行器俯仰舵,实现飞行器纵向过载跟踪纵向过载指令信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S10:在飞行器上安装线加速度计,或者惯性导航设备,测量飞行器的纵向过载,同时安装速率陀螺仪,测量飞行器的俯仰角速率;
步骤S20:针对所述的纵向过载测量信号,与纵向过载指令信号进行比较得到纵向过载误差信号,并进行非线性自适应变换,得到纵向过载误差非线性信号;
步骤S30:针对所述的角速度测量信号与纵向过载非线性误差信号,进行线性与非线性混合变换,得到角速度非线性混合信号;
步骤S40:根据所述的侧向过载误差进行抗饱和运算与非线性积分,得到侧向过载误差的非线性积分信号,并与侧向过载误差积分信号进行综合,并进行饱和限制,得到综合积分信号;
步骤S50:根据所述的过载误差信号、纵向过载误差非线性信号、角速度非线性混合信号以及综合积分信号进行线性组合,得到最终的纵向过载控制总信号;
步骤S60:将所述的过载控制总信号输送给俯仰舵机,俯仰舵机控制飞行器俯仰舵,实现飞行器纵向过载跟踪纵向过载指令信号。


2.根据权利要求1所述的一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非线性控制方法,其特征在于,对纵向过载误差信号并进行非线性自适应变换,得到纵向过载误差非线性信号包括:



eb=|eny|3/5;









其中为纵向过载指令,ny为纵向过载测量信号,eny为纵向过载误差信号,ε1、ε2、k1、k2、k3与k4为常值控制参数,为纵向过载误差非线性信号。


3.根据权利要求2所述的一种基于过载角速度的飞行器纵向过载非...

【专利技术属性】
技术研发人员:雷军委李恒肖支才陆巍巍孟蕾
申请(专利权)人:中国人民解放军海军航空大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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