一种飞机多操纵面协调控制管理系统技术方案

本申请提供了一种飞机多操纵面协调控制管理系统，包括：指令初步分配模块、重构指令生产模块、操纵效率转换模块、极性模块、优先级判定及操纵面限偏模块、指令再分配模块，本申请提供的飞机多操纵面协调控制管理系统和方法可以实现多组功能冗余操纵面在不同飞行阶段的协调调度、指令转换、故障重构、限偏保护等功能，全面发挥飞机的气动冗余，保障飞行安全，同传统控制律设计方法兼容，适用性、通用性强，工程价值较高。程价值较高。程价值较高。

A coordinated control and management system for aircraft multiple control surfaces

【技术实现步骤摘要】
一种飞机多操纵面协调控制管理系统


[0001]本申请属于飞行控制
，特别涉及一种飞机多操纵面协调控制方法及系统。

技术介绍

[0002]为了满足大载客量、远航程、低燃油消耗等指标要求，军用或民用飞机越来越多的倾向于采用多操纵面布局飞机。
[0003]常规布局飞机一般是通过升降舵、方向舵、副翼等常规操纵面来实现三轴控制(俯仰、滚转、偏航)，通过襟翼/缝翼、扰流板等操纵面实现增升、减速功能，操纵面与控制轴之间是一一对应的，不同类型操纵面的功能相对独立。而现代飞机往往配置多组且功能上存在冗余的操纵面 (诸如升降副翼、扰流板或嵌入面等)，通过它们的合理协调来实现飞机的运动控制。
[0004]飞机构型差异导致飞机在不同的飞行阶段气动特性差异较大，控制需目标也不同，理论上，可通过多种操纵面组合来达成相同的控制效果，但是不同类型的操纵面(或组合)其固有的作用特性迥异，对全机性能影响不同，因此，如何实现多组功能冗余操纵面的协调使用成为一个关键问题，涉及最优组合协调调度、指令优先级判定、故障重构等方面。
[0005]学术界多借助于控制分配技术或方法(如广义逆、直接分配、数学规划法等)，但是由于忽略了不同操纵面固有的物理差异，且存在分配实时性、效率非线性等问题，限制了其在工程实践的推广应用。目前，尚缺少功能完备、通用性强的多操纵面协调控制管理方法。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是提供了一种飞机多操纵面协调控制管理系统，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
[0007]本申请的技术方案是：一种飞机多操纵面协调控制管理系统，所述系统包括：指令初步分配模块、重构指令生产模块、操纵效率转换模块、极性模块、优先级判定及操纵面限偏模块、指令再分配模块，其中：
[0008]所述指令初步分配模块接收飞机三轴控制指令、增升控制指令 CmdHL、减速控制指令CmdSpd、主动控制功能所产生的指令CmdAct以及构型标识、飞行状态信息、飞控系统工作模态标识、各独立操纵面的健康信息，并当所有操纵面正常时，按照既定的操纵面组合使用方案，将各类型控制指令Cmd(x)分配至各个操纵面δ
i
，形成初步的指令集CmdSet，并传递到操纵效率转换单元；
[0009]所述重构指令生产模块当某些操纵面发生故障时，将故障操纵面的控制指令值置为故障安全值SafeValue，同时生成故障操纵面的故障重构指令CmdSetRec，并传递到操纵效率转换单元；
[0010]所述操纵效率转换模块将指令初步分配单元、重构指令生成单元、指令再分配单元所传递的指令集CmdSet、CmdSetRec、CmdSetRassign进行综合处理后，并依据飞机当前的
飞行状态信息转换为各具体操纵面的物理偏转指令；
[0011]所述极性处理模块依据控制指令的极性，将各操纵面接收到的不同类型控制指令进行极性转换；
[0012]操纵面限偏及优先级判定模块根据飞机动压q
c
或马赫数Ma信息，对各独立操纵面的指令输入进行限制，当动压q
c
、马赫数Ma失效后，将其设定为安全值，以及接收极性处理模块输出的各操纵面指令集合、操纵面限偏后输出的偏度范围约束[δ
imin
,δ
imax
]，针对需同时执行多种类型控制指令的操纵面，根据飞机构型或飞行阶段标识，判定其所能执行的各种指令量值的大小；
[0013]所述指令再分配模块(6)针对出现饱和的操纵面，将其未能执行完的控制指令CmdSetRassign进行再次分配、传递。
[0014]进一步的，各类型控制指令Cmd(x)的量值大小按其对应的主控操纵面或组合δ
main_x
的效率计算。
[0015]进一步的，所述初步的指令集为：
[0016]CmdSet＝K
assign
×
[CmdPit,CmdRol,CmdYaw,CmdHL,CmdSpd,
…
]T
[0017]其中，K
assign
为n
×
m维初步分配矩阵，n为所有操纵面数量，m为指令类型数量，K
assign
的任意一行表示该具体操纵面所参与执行的指令类型情况，如果矩阵元素为0，则表示该操纵面不参与执行该类型的控制指令；矩阵元素非零，则表示该操纵面参与提供控制指令Cmd(x)所对应力或力矩量值的K
ij
倍，K
ij
≤1.0。
[0018]进一步的，指令集CmdSet指令转换过程为：
[0019]通过效率转换矩阵R
t
将指令集CmdSet每行的元素转换成所对应操纵面的偏转指令，所述效率转换矩阵R
t
中每列元素表示该列所对应的主控操纵面或组合δ
main_m
与各独立操纵面δ
i
或组合(δ
i
,δ
i
',
…
)的力/力矩效率之比，其中δ
i
'为δ
i
的异侧对称操纵面。
[0020]进一步的，指令集CmdSetRec指令转换过程为：
[0021]指令集CmdSetRec中各元素的转换需要根据其具体的重构替代操纵面或组合来确定。。
[0022]进一步的，指令集CmdSetRassign指令转换过程按照既定的操纵面辅助策略，实现指令转换。
[0023]本申请提供的飞机多操纵面协调控制管理系统和方法可以实现多组功能冗余操纵面在不同飞行阶段的协调调度、指令转换、故障重构、限偏保护等功能，全面发挥飞机的气动冗余，保障飞行安全，同传统控制律设计方法兼容，适用性、通用性强，工程价值较高。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0025]图1为本申请的飞机多操纵面协调控制管理系统组成意图。
[0026]图2为本申请中剩余滚转指令计算过程示意图。
具体实施方式
[0027]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中
的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0028]如图1所示，本申请提供了一种飞机多操纵面协调控制管理系统及方法，该系统包括指令初步分配模块1、重构指令生产模块2、操纵效率转换模块3、极性模块4、优先级判定及操纵面限偏模块5、指令再分配模块 6，各模块的过程如下：
[0029]1、指令初步分配模块
[0030]接收飞机三轴控制指令(俯仰CmdPit、滚转CmdRol、偏航CmdYaw)、增升控制指令CmdHL、减速控制指令CmdSpd、主动控制功能(如果有) 所产生的指令CmdAct以及构型标识(如起落架位置、增升操纵装置位置等)、飞行状态信息、飞控系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机多操纵面协调控制管理系统，其特征在于，所述系统包括：指令初步分配模块(1)、重构指令生产模块(2)、操纵效率转换模块(3)、极性模块(4)、优先级判定及操纵面限偏模块(5)、指令再分配模块(6)，其中：所述指令初步分配模块(1)接收飞机三轴控制指令、增升控制指令CmdHL、减速控制指令CmdSpd、主动控制功能所产生的指令CmdAct以及构型标识、飞行状态信息、飞控系统工作模态标识、各独立操纵面的健康信息，并当所有操纵面正常时，按照既定的操纵面组合使用方案，将各类型控制指令Cmd(x)分配至各个操纵面δ
i
，形成初步的指令集CmdSet，并传递到操纵效率转换单元(3)；所述重构指令生产模块(2)当某些操纵面发生故障时，将故障操纵面的控制指令值置为故障安全值SafeValue，同时生成故障操纵面的故障重构指令CmdSetRec，并传递到操纵效率转换单元(3)；所述操纵效率转换模块(3)将指令初步分配单元(1)、重构指令生成单元(2)、指令再分配单元(6)所传递的指令集CmdSet、CmdSetRec、CmdSetRassign进行综合处理后，并依据飞机当前的飞行状态信息转换为各具体操纵面的物理偏转指令；所述极性处理模块(4)依据控制指令的极性，将各操纵面接收到的不同类型控制指令进行极性转换；操纵面限偏及优先级判定模块(5)根据飞机动压q
c
或马赫数Ma信息，对各独立操纵面的指令输入进行限制，当动压q
c
、马赫数Ma失效后，将其设定为安全值，以及接收极性处理模块(4)输出的各操纵面指令集合、操纵面限偏后输出的偏度范围约束[δ
imin
,δ
imax
]，针对需同时执行多种类型控制指令的操纵面，根据飞机构型或飞行阶段标识，判定其所能执行的各种指令量值的大小；所述指令再分配模块(6)针对出现饱和的操纵面，将其未能执行完的控制指令CmdSetRassign进行再次分配、传递。2.如权利要求1所述的飞机多操纵面协调控制管理系统，其特征在于，各类型控制指...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世民，郑华，何超，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：