一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法及系统，涉及飞行控制与飞行安全技术领域，通过建立预测控制后姿态稳定性的二次型目标函数，使用混杂系统并基于二次型目标函数预测控制策略，在线求解混合整数二次规划，获得当前最优的控制输入量和状态估计，再通过滚动优化，获取最终的失速改出控制序列，解决飞机进入深度失速时，超过其失速迎角后难以改出的问题，同时获得的控制序列指导飞行员如何在方向舵失去效应后，重新进入飞行包线，稳定飞机姿态，完成失速改出。完成失速改出。完成失速改出。

【技术实现步骤摘要】
一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及飞行控制与飞行安全
，更具体的说是涉及一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法及系统。

技术介绍

[0002]目前很多的航空事故都是由于失速引起，深失速是指飞机在大迎角下其平尾暴露在机翼的紊流区中，导致迎角只发增大，到远超失速迎角时，迎角被锁死的现象，此时即使飞行员推杆到底，升降舵下偏至最大，也无法获得足够的力矩，此时升降舵失去效益。无论是在恶劣天气条件下还是人为介入的，深度失速问题是难以避免的。深度失速改出可以通过一定的滚转角与偏航角使飞机产生侧向的低头力矩，来达成改出目的。虽然进入深度失速往往依赖于飞行员自行改出，但通过对其自动改出策略的研究，同样可以指引教导飞行员如何安全有效的进行改出。
[0003]事实上，深度失速的飞行模型可以看成是一个混杂系统，混杂系统是连续系统和离散系统的结合体，包括了动力学模型这样的连续系统，也包括离散事件驱动的离散系统。对于这样一个系统，需要估计出其最优的控制，使得其能够尽可能的恢复平飞，且掉落的高度小。由于控制量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、使用混杂系统理论中的分段仿射模型对飞机非线性动力学模型进行线性化建模，利用微分方程建立多种状态下的线性化后的飞行动力学模型；步骤2、确定飞行动力学模型中各个状态变量的变量约束并确定模型预测控制所使用的二次型目标函数；步骤3、使用混杂系统并基于二次型目标函数预测控制策略，在线求解混合整数二次规划，获得当前最优的控制输入量和状态估计，再通过滚动优化，获取最终的失速改出控制序列。2.根据权利要求1所述的一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法，其特征在于，步骤1中所述线性化建模的方法为利用下列动态方程描述该飞机非线性动力学模型，u＝[thrust,ail,rud]；式中，为下一时刻飞机状态的微分量，f，g为飞机非线性动力学模型的传递函数，其控制量u包括发动机推力thrust，升降舵舵偏ele，副翼舵偏ail，方向舵舵偏rud，其状态量包括北东地坐标npos,epos,alt、滚转角φ、俯仰角θ、偏航角飞行总速度v、迎角α、侧滑角β、滚转角速度p、俯仰角速度q、偏航角速度r。3.根据权利要求1所述的一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法，其特征在于，步骤1中利用微分方程建立多种状态下的线性化后的飞行动力学模型的具体过程为：在每个工作点进行线性化展开，得到飞机非线性动力学模型的n+2个线性化模型，化简得，式中，式中，x
i
，y
i
，u
i
分别表示为飞机非线性模型在工作点处线性化输入量、输出量以及控制量。4.根据权利要求1所述的一种基于混杂模型预测控制的深失速改出控制方法，其特征在于，步骤2中所述变量约束为：
式中，(x
ε
,μ
ε
)为平衡对，其实际意义为当前高度下，飞机水平飞行时的状态量与控制量，t为当前时刻，x(t)为当前状态变量，在控制指令为u＝[thrust,ail,rud]，当t＝0时，x_0为系统的初始状态，定义μ
0T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东苏，付荣军，陈大伟，顾宏斌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：