一种无人飞行器飞行包线保护方法技术

本发明专利技术提供一种无人飞行器飞行包线保护方法，包括以下步骤：确定无人飞行器的限制参数在动平衡条件下的飞行动力学方程；根据飞行方程确定限制参数在动平衡状态下的临界控制余度向量；根据临界控制余度确定控制系统的控制律，所述控制律的基本原理为：为系统提供与边界的控制余度向量的2范数成反比的负反馈，从而使得当飞行器接近飞行包线时，操纵输入逐渐减小。本发明专利技术可使飞行器在整个飞行包线内限制参数均不超过限制边界，有效提升飞行的安全性和可靠性。性和可靠性。性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人飞行器飞行包线保护方法


[0001]本专利技术属于飞行器设计
，具体涉及一种无人飞行器飞行包线保护方法。

技术介绍

[0002]直升机飞行性能受到其结构和气动限制的约束，这些限制定义了飞行包线。直升机飞行包线保护是通过在飞行过程中限制飞行器状态从而保证各个限制参数不超限，即确保其始终在包线内飞行，来保证飞行安全的。直升机包线保护包括：速度保护(欠速或迎角限制保护、过速保护)、姿态限制(俯仰角限制、滚转角限制)、姿态角速率限制(角速率限制、负载系数限制)等。到目前为止，已经开发出各种各样的包线保护系统。其中一些是通过简单的设备直接测量限制参数，或者将所测量的数据与限制参数联系起来，并将这些信息通过驾驶舱显示器传递给飞行员。目前许多固定翼飞机通过上述方式实现限制避免，如过失速警告。然而，随着限制参数的增加，以上述简单方式通知飞行员就变得十分困难。此外，如果限制参数以及当前飞行状态到达限制边界的控制余量是飞机飞行参数的复杂函数，那么并不能通过简单的函数关系以实时测量的飞行数据来表示限制参数。如果希望能够充分发挥直升机的操纵性能，使其在接近飞行包线出进行机动动作，包线保护系统可能需要在开始接近极限时就做出反应，从而为飞行员的反应提供缓冲时间。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种飞行器飞行包线保护方法。本专利技术方案能够解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案：
[0005]一种无人飞行器飞行包线保护方法，包括以下步骤：
[0006]确定无人飞行器的限制参数在动平衡条件下的飞行动力学方程；
[0007]根据飞行方程确定限制参数在动平衡状态下的临界控制余度向量；
[0008]根据临界控制余度确定控制系统的控制律，所述控制律的基本原理为：为系统提供与边界的控制余度向量的2范数成反比的负反馈，从而使得当飞行器接近飞行包线时，操纵输入逐渐减小。
[0009]进一步的，所述的飞行动力学方程为：
[0010]其中：为慢状态量的时间导数，函数f
s
为动态平衡中慢状态量和操纵量之间的关系，函数f为动态平衡中慢状态量和操纵量与限制参数之间的关系，u为操纵量，y
p
为限制参数。
[0011]进一步的，所述的临界控制余度向量：Δu＝u
*
‑
u0[0012]其中：u0为当前操纵量，u
*
为限制参数所对应的操纵量边界，其中是该参数的极限值。
[0013]进一步的，所述的控制律公式为：
[0014]其中，向量v为飞行员操纵输入，u为所得到的带限制反馈的操纵量，K为可调比例系数，K值越大，表示控制作用越灵敏。
[0015]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0016](1)本专利技术根据无人飞行器限制参数的动态响应特性和传感器可测的飞行参数，得到了临界控制余度向量，并通过反馈控制实现了限制避免，可使飞行器在整个飞行包线内限制参数均不超过限制边界，有效提升飞行的安全性和可靠性；
[0017](2)本专利技术计算简单、快速，减小了控制延迟，从而满足在无人飞行器实际工程上应用。
附图说明
[0018]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐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。
[0019]图1示出了根据本专利技术实施例提供的一种无人飞行器飞行包线保护方法步骤示意图；
[0020]图2示出了根据本专利技术实施例提供的临界控制余度向量示意图。
[0021]图3示出了根据本专利技术实施例提供的线性限制边界示意图；
[0022]图4示出了根据本专利技术实施例提供的控制律结构框图。
具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0025]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号
和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0026]如图1所示，根据本专利技术实施例提供一种无人飞行器飞行包线保护方法，包括以下步骤：
[0027]步骤一，确定无人飞行器的限制参数在动平衡条件下的飞行动力学方程，
[0028]在一个实施例中，描述飞行器飞行动力学的非线性状态方程可以写为：
[0029][0030]其中，x
s
为慢状态量，x
f
为快状态量，y
p
为限制参数，u为操纵量，为慢状态量的导数，为快状态量的导数，x为状态量，g
s
为无人飞行器飞行力学非线性慢状态方程，g
f
为无人飞行器飞行力学非线性快状态方程，为表征n个状态量的状态空间，为表征k个慢状态量的状态空间，为表征n
‑
k个快状态量的状态空间，为表征m个操纵量的状态空间，为表征l个限制参数的状态空间，n为无人飞行器的状态参数数量，m为操纵量数量，l为限制参数数量。
[0031]根据时标分离原则，状态向量被划分为k个慢状态x
s
和n
‑
k个快状态x
f
。在本实施例中，慢状态为随时间缓慢变化的飞行参数，如前飞速度、爬升率、欧拉角和高度等，这些参数在机动飞行过程中不会一直保持稳定值。快状态为随时间变化较快的飞行参数，如姿态角速率等，这些参数在正常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人飞行器飞行包线保护方法，其特征在于，包括以下步骤：确定无人飞行器的限制参数在动平衡条件下的飞行动力学方程，根据飞行动力学方程确定限制参数在动平衡状态下的临界控制余度向量；根据临界控制余度向量确定控制系统的控制律，所述控制律的基本原理为：为系统提供与临界控制余度向量的2范数成反比的负反馈，从而使得当飞行器接近飞行包线时，操纵输入逐渐减小。2.根据权利要求1所述的一种无人飞行器飞行包线保护方法，其特征在于，所述的飞行动力学方程为：其中：为慢状态量的时间导数，函数f
s
为动态平衡中慢状态量和操纵量之间的关系，函数f为动态平衡中慢状态量和操纵量与限制参数之间的关系，u为操纵量，y
p
为限制参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠佐，马洪忠，孙晓旭，巩轶男，田景凡，陈小刚，
申请(专利权)人：海鹰航空通用装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：