一种飞行器水平面定轨迹转弯方法技术

本发明专利技术公开了一种飞行器水平面定轨迹转弯方法，其包括以下步骤：S1：得到飞行器的控制指令方程；S2：计算控制增益；S3：将侧向过载指令输入飞行器的侧向过载控制系统，飞行器根据侧向过载指令和控制增益执行转弯；S4：建立飞行器转弯时速度的判断模型，利用判断模型判断飞行器转弯是否完成：S5：根据设计的飞行轨迹提取飞行器转弯完成后的侧向位置指令，侧向位置指令输入侧向位置控制系统中，对飞行器的位置进行纠偏。本发明专利技术首次提出在给定飞行器期望转弯半径的前提下，通过飞行器当前的速度实时计算转弯所需过载，设置转弯提前结束的判断条件，完成预定转弯，使得飞行器完成转弯后能够直接飞回到主航道上。直接飞回到主航道上。直接飞回到主航道上。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器水平面定轨迹转弯方法


[0001]本专利技术涉及飞行器控制
，具体涉及一种飞行器水平面定轨迹转弯方法。

技术介绍

[0002]在真实飞行场景中，控制飞行器进行既定的转弯动作是飞行中的必要环节，也是飞行器作战能力的体现。靶机作为射击训练目标的一种军用飞行器，利用预先设定好的飞行路径与模式，与武器试射时模拟敌军的来袭导弹，为各类型的火炮或导弹系统提供假想目标与射击机会。靶机的飞行路径很大程度上受供靶区域的限制，由于供靶区域固定，一些飞行时间长的靶机为了完成既定的作战任务通常要在这个区域内反复转弯，若转弯时弹道散布大，靶机就有飞出供靶区域的可能性，因此研究飞行器水平面定轨迹转弯方法非常重要。
[0003]以某靶机为例，在飞行规划中，会给靶机设计一条基准飞行轨迹，其中包括在水平面内完成180
°
转弯掉头的轨迹。理想条件下，设计靶机完成180
°
水平面掉头后的轨迹能够与主航道精准衔接，但是在实际飞行中受众多因素影响，实际转弯时用基准条件下的过载值，会导致实际轨迹与理想轨迹产生偏差，实际转弯速度大于理想转弯速度时，转弯半径会更大，实际速度小于理想转弯速度时，转弯半径会更小，两种情况都会使得靶机完成转弯后的位置与主航道偏差较大，需要再进行侧向位置纠偏回到主航道上，产生一段围绕主航道成衰减的蛇形飞行轨迹。
[0004]现有飞行试验中水平面转弯用基准弹道的侧向过载值，会导致依据总体参数偏差进行的蒙特卡洛仿真中转弯弹道与预期轨迹出现较大偏差，转弯结束点不可控，后续往主航道进行纠偏时飞行轨迹弯曲。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种使得飞行器完成转弯后能够直接飞回到主航道上的飞行器水平面定轨迹转弯方法。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]提供一种飞行器水平面定轨迹转弯方法，其包括以下步骤：
[0008]S1：根据三通道下飞行器的BTT控制模型，将发射坐标系下的控制指令转换到弹道坐标系下，得到飞行器的控制指令方程；
[0009]S2：设计飞行器侧向位置控制系统，建立侧向位置控制系统五个回路的闭环传递函数，计算控制增益；
[0010]S3：根据飞行器的控制指令，在弹道坐标系Ox2y2z2下描述飞行器质心运动的动力学方程，利用动力学方程计算飞行器转弯时的侧向过载指令，将侧向过载指令输入飞行器的侧向过载控制系统，飞行器根据侧向过载指令和控制增益执行转弯；
[0011]S4：建立飞行器转弯时速度的判断模型，利用判断模型判断飞行器转弯是否完成：
[0012]若飞行器转弯的速度满足判断模型，则判定转弯完成，执行步骤S5；
[0013]若飞行器转弯的速度不满足判断模型，则判定转弯未完成，返回步骤S3，继续执行转弯。
[0014]S5：根据设计的飞行轨迹提取飞行器转弯完成后的侧向位置指令，侧向位置指令输入侧向位置控制系统中，对飞行器的位置进行纠偏。
[0015]进一步地，步骤S1中飞行器的控制指令为：
[0016][0017]其中，nyc为飞行器跟踪高度所需的纵向过载，nzc为侧向位置纠偏或侧向机动所需航向过载，ny
c
为输入俯仰控制回路的纵向过载指令值，nz
c
为输入偏航控制回路的侧向过载指令值，γ
c
为输入滚转通道的滚转角指令值。
[0018]进一步地，步骤S2包括：
[0019]S21：采用极点配置法设计侧向位置控制系统的控制增益K
z
、K
v
、K
n
、K
β
、K
ω
；
[0020]S22：建立侧向位置控制系统的阻尼回路闭环传递函数模型ω
y
_close(s)和侧滑角回路闭环传递函数模型β_close(s)：
[0021][0022][0023]其中，b1为航向阻尼力矩动力系数，b2为航向静稳定力矩动力系数，b3为航向操纵力矩动力系数，b4为侧向力动力系数，b5为方向舵侧力动力系数；
[0024]S23：建立极点配置方法的特征方程：
[0025][0026]其中，ξ和ω
n
分别为理想极点所对应的阻尼比和频率；
[0027]S24：将特征方程和侧滑角回路闭环传递函数模型β_close(s)对应系统相等，忽略动力学系数中的小量b1、b4，得到反馈控制增益K
ω
和K
β
；
[0028][0029]S25：计算增益K
n
：
[0030][0031]其中，t为侧向过载控制系统响应的上升时间；增益K
v
、K
z
根据侧向位置控制系统的
控制效果直接赋值。
[0032]进一步地，步骤S3包括：
[0033]S31：在弹道坐标系Ox2y2z2下描述飞行器质心运动的动力学方程：
[0034][0035]其中，V为飞行器的速度，m为飞行器的质量，θ为弹道倾角，ψ
V
为弹道偏角，G
x2
、G
y2
、G
z2
为重力在弹道坐标系中x、y、z三轴的投影，N
x2
、N
y2
、N
z2
为除重力之外的所有外力的合力在弹道坐标系中x、y、z三轴的投影；
[0036]S32：重力在弹道坐标系下的投影方程为：
[0037][0038]S33：将投影方程的公式两端除以mg，并将投影方程代入动力学方程中，得到用运动参数表示的过载方程：
[0039][0040]其中，n
x2
、n
y2
、n
z2
为过载在弹道坐标系上x、y、z三轴的投影；
[0041]S34：利用过载方程建立过载在弹道坐标系中的投影与飞行器切向加速度之间的关系模型：
[0042][0043]S35：飞行器在水平面x2Oz2内运动时，飞行轨迹上某点的曲率半径ρ就是该点处飞行轨迹偏角ψ
V
对弧长s导数的倒数，得到半圆圈飞行轨迹的曲率半径就是该整圆飞行轨迹的半径方程r：
[0044][0045]S36：将半径方程r代入关系模型中的第三个方程中，得到飞行器转弯时的侧向过载指令，侧向过载指令包括飞行器的转弯半径r'和在弹道坐标系上z轴方向的过载n
z2
'：
[0046][0047][0048]S37：转弯期间飞行器处于巡航阶段，弹道倾角为0，则cosθ＝1，并且实际飞行情况下的转弯半径较小，则给予补偿转弯半径的正增益K
r
，且K
r
小于1，则得到侧向过载控制量：
[0049][0050]S38：将侧向过载指令转弯半径r'和过载量n
z2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器水平面定轨迹转弯方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据三通道下飞行器的BTT控制模型，将发射坐标系下的控制指令转换到弹道坐标系下，得到飞行器的控制指令方程；S2：设计飞行器侧向位置控制系统，建立侧向位置控制系统五个回路的闭环传递函数，计算控制增益；S3：根据飞行器的控制指令，在弹道坐标系Ox2y2z2下描述飞行器质心运动的动力学方程，利用动力学方程计算飞行器转弯时的侧向过载指令，将侧向过载指令输入飞行器的侧向过载控制系统，飞行器根据侧向过载指令和控制增益执行转弯；S4：建立飞行器转弯时速度的判断模型，利用判断模型判断飞行器转弯是否完成：若飞行器转弯的速度满足判断模型，则判定转弯完成，执行步骤S5；若飞行器转弯的速度不满足判断模型，则判定转弯未完成，返回步骤S3，继续执行转弯。S5：根据设计的飞行轨迹提取飞行器转弯完成后的侧向位置指令，侧向位置指令输入侧向位置控制系统中，对飞行器的位置进行纠偏。2.根据权利要求1所述的飞行器水平面定轨迹转弯方法，其特征在于，所述步骤S1中飞行器的控制指令为：其中，nyc为飞行器跟踪高度所需的纵向过载，nzc为侧向位置纠偏或侧向机动所需航向过载，ny
c
为输入俯仰控制回路的纵向过载指令值，nz
c
为输入偏航控制回路的侧向过载指令值，γ
c
为输入滚转通道的滚转角指令值。3.根据权利要求1所述的飞行器水平面定轨迹转弯方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21：采用极点配置法设计侧向位置控制系统的控制增益K
z
、K
v
、K
n
、K
β
、K
ω
；S22：建立侧向位置控制系统的阻尼回路闭环传递函数模型ω
y
_close(s)和侧滑角回路闭环传递函数模型β_close(s)：闭环传递函数模型β_close(s)：其中，b1为航向阻尼力矩动力系数，b2为航向静稳定力矩动力系数，b3为航向操纵力矩动力系数，b4为侧向力动力系数，b5为方向舵侧力动力系数；S23：建立极点配置方法的特征方程：
其中，ξ和ω
n
分别为理想极点所对应的阻尼比和频率；S24：将特征方程和侧滑角回路闭环传递函数模型β_close(s)对应系统相等，忽略动力学系数中的小量b1、b4，得到反馈控制增益K
ω
和K
β
；S25：计算增益K
n
：其中，t为侧向过载控制系统响应的上升时间；增益K
v
、K
z
根据侧向位置控制系统的控制效果直接赋值。4.根据权利要求1所述的飞行器水平面定轨迹转...

【专利技术属性】
技术研发人员：许红羊，于云峰，樊朋飞，凡文帅，凡永华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：