一种无人机半滚倒转机动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机半滚倒转机动控制方法，包括半滚倒转机动控制方案及机动控制律，利用无人机的半滚倒转机动特点，将半滚倒转机动分为滚转阶段及倒转拉起阶段两个子阶段，设置子阶段切换逻辑，保证阶段过渡安全平稳。本发明专利技术根据半滚倒转机动动作特点，将机动动作分解，针对子阶段分别设计控制逻辑，工程实用性强，同时设计纵向过载控制器控制律架构，对纵向机动动作的控制具有通用性。对纵向机动动作的控制具有通用性。对纵向机动动作的控制具有通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机半滚倒转机动控制方法


[0001]本专利技术涉及航空飞行控制
，具体是指一种无人机半滚倒转机动控制方法。

技术介绍

[0002]与有人战机相比，无人机的优势非常明显，飞行员在进行大过载机动时往往有承受过载的上限，无人机能很好的避免这些问题，能完成比有人战机更为复杂的动作，所以在近距离空战中，无人机更具有优势。无人机机动控制可用于躲避导弹、空中格斗，极大提高了无人机的作战能力，使其朝空战无人机的方向发展。
[0003]半滚倒转机动是指无人机绕机体坐标系X轴(机体坐标系X轴定义：机体坐标系原点位于无人机质心处，坐标系与无人机固连，X轴在无人机对称平面内，并平行于无人机的理论纵轴指向头部)滚转180
°
后，俯冲拉起的飞行过程，其优势在于可以迅速下降高度并改变180
°
方向，空战中采用此动作可以摆脱敌机跟踪的被动位置，同时改变方向180
°
有利于转入主动攻击位置。无人机在滚转过程中，迎角和侧滑角会发生交叉耦合，因此滚转过程对气流角的控制显的极其重要，在倒转拉起阶段，拉起太快，可能导致迎角和过载超过飞机限制，拉的过慢，可能导致高度掉的过多，过载达不到要求，因此如何选取合适的控制方案，让拉起过程过载和攻角均能不超过使用限制，保证飞行安全，也是一个必须解决的问题。
[0004]目前公开的公开号为CN112433534A的中国专利公开了一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，该方法在无人机倒扣至姿态改平过程中，纵向及横向通道均采用角速率控制，虽然过载和角速率存在一定的对应关系，但该控制结构对于过载的控制是开环，工程上虽实现简单，但通常衡量一个无人机的机动能力，常以机动能达到的过载作为评判标准，单纯控制角速率并不能实现对过载的精确控制，并且在进行俯仰角速率控制的过程中，若俯仰角速率指令给的不合适，攻角及过载极其容易超限，会影响飞行安全；同时若全程控制滚转角速率，在无人机进行倒转拉起过程中的滚转角会不可精确控制，可能导致无人机在倒转拉起过程带坡度拉起，不能起到调转航向180
°
的战术机动效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种精确控制机动过载，并保障滚转过程快而稳，提高机动过程的安全性，工程实用性强的无人机半滚倒转机动控制方法。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：一种无人机半滚倒转机动控制方法，包括半滚倒转机动控制方案及机动控制律，利用无人机的半滚倒转机动特点，将半滚倒转机动分为滚转阶段及倒转拉起阶段两个子阶段，设置子阶段切换逻辑，保证阶段过渡安全平稳。
[0007]本技术方案工作原理为，根据半滚倒转机动动作特点，将半滚倒转机动分为滚转阶段及倒转拉起阶段2个子阶段，设置子阶段切换逻辑，保证阶段过渡安全平稳。滚转阶段纵向采用迎角控制，防止滚转过程中，侧滑角与迎角交叉耦合对飞行安全造成不利影响，副翼采用基于鲁棒伺服理论的滚转角速率控制，保障滚转过程快而稳，方向舵协调转弯，控制
侧滑角为0
°
，发动机采用表速闭环控制；倒转拉起阶段，纵向采用过载控制保护迎角，通过设计过载控制的前馈值增强过载控制的快速性，将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，副翼主要用于保持飞机翼平，为防止飞机俯仰角
‑
90
°
情况下，滚转角出现奇异值不可用，在俯仰角
‑
80
°
～80
°
间，将滚转角控制切换为滚转角速率控制，方向舵通道仍采用增稳控制，发动机采用表速闭环控制。
[0008]为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述滚转阶段纵向采用迎角控制，防止滚转过程中，侧滑角与迎角交叉耦合对飞行安全造成不利影响，副翼采用基于鲁棒伺服理论的滚转角速率控制，保障滚转过程快而稳，方向舵协调转弯，控制侧滑角为0
°
，发动机采用表速闭环控制。
[0009]为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述滚转阶段纵向采用迎角控制，防止滚转过程中，侧滑角与迎角交叉耦合对飞行安全造成不利影响，其控制律结构如下：
[0010][0011]其中，α
g
为迎角指令，α为迎角，q为俯仰角速率，t为时间，为俯仰角速率增稳增益，为迎角控制的积分增益，δ
e
为升降舵控制指令。
[0012]为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述倒转拉起阶段，纵向采用过载控制保护迎角，通过设计过载控制的前馈值增强过载控制的快速性，将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，副翼主要用于保持飞机翼平，为防止飞机俯仰角
‑
90
°
情况下，滚转角出现奇异值不可用，在俯仰角80
°
～80
°
将滚转角控制切换为滚转角速率控制，方向舵通道仍采用增稳控制，发动机采用表速闭环控制。
[0013]为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述倒转拉起阶段，纵向采用过载控制保护迎角，通过设计过载控制的前馈值增强过载控制的快速性，将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，其控制律结构如下：
[0014][0015][0016][0017]其中，t为时间，q
g
为俯仰角速率控制的指令，其由俯仰角速率控制前馈值q
ref
、过载控制外环解算得到的角速率指令q
NAV
及迎角保护项组成，q
ref
由过载指令及当前真空速计算得到，N
z
为法向过载，N
zg
为法向过载给定值，V
Tas
为真空速，g为重力加速度，为俯仰角速率控制的积分增益、为过载控制的比例增益，为过载控制的积分增益，为迎角保护项比例增益，Δα为迎角保护控制项。
[0018]为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述迎角保护控制项的具体取值如下：
[0019][0020]其中，α
B0
＜α
B1
，α
B0
为迎角保护接入下限，即当迎角超过α
B0
时启动迎角保护，α
B1
为飞机使用限制迎角值，当迎角超过α
B1
时，Δα＝α
B1
‑
α
B0
不再增大。
[0021]为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述倒转拉起阶段分为两个子阶段，副翼主要用于保持飞机翼平，为防止飞机俯仰角
‑
90
°
情况下，滚转角出现奇异值不可用，在俯仰角
‑
80
°
～80
°
间，将滚转角控制切换为滚转角速率控制，两个子阶段的切换逻辑为：进入倒转拉起阶段，其横向控制模态为滚转角保持，保持滚转角为
±
180
°
，执行左半滚倒转时，指令为
‑
180
°
，执行右半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机半滚倒转机动控制方法，其特征在于，包括半滚倒转机动控制方案及机动控制律，利用无人机的半滚倒转机动特点，将半滚倒转机动分为滚转阶段及倒转拉起阶段两个子阶段，设置子阶段切换逻辑，保证阶段过渡安全平稳。2.根据权利要求1所述的一种无人机半滚倒转机动控制方法，其特征在于，所述滚转阶段纵向采用迎角控制，防止滚转过程中，侧滑角与迎角交叉耦合对飞行安全造成不利影响，副翼采用基于鲁棒伺服理论的滚转角速率控制，保障滚转过程快而稳，方向舵协调转弯，控制侧滑角为0
°
，发动机采用表速闭环控制。3.根据权利要求2所述的一种无人机半滚倒转机动控制方法，其特征在于，所述滚转阶段纵向采用迎角控制，防止滚转过程中，侧滑角与迎角交叉耦合对飞行安全造成不利影响，其控制律结构如下：其中，α
g
为迎角指令，α为迎角，q为俯仰角速率，t为时间，为俯仰角速率增稳增益，为迎角控制的积分增益，δ
e
为升降舵控制指令。4.根据权利要求1或2所述的一种无人机半滚倒转机动控制方法，其特征在于，所述倒转拉起阶段，纵向采用过载控制保护迎角，通过设计过载控制的前馈值增强过载控制的快速性，将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，副翼主要用于保持飞机翼平，为防止飞机俯仰角
‑
90
°
情况下，滚转角出现奇异值不可用，在俯仰角80
°
～80
°
将滚转角控制切换为滚转角速率控制，方向舵通道仍采用增稳控制，发动机采用表速闭环控制。5.根据权利要求4所述的一种无人机半滚倒转机动控制方法，其特征在于，所述倒转拉起阶段，纵向采用过载控制保护迎角，通过设计过载控制的前馈值增强过载控制的快速性，将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，其控制律结构如下：将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，其控制律结构如下：将迎角保护项引入内环角速率给定中，防止迎角超限，其控制律结构如下：其中，t为时间，q
g
为俯仰角速率控制的指令，其由俯仰角速率控制前馈值q
ref
、过载控制外环解算得到的角速率指令q
NAV
及迎角保护项组成，q
ref
由过载指令及当前真空速计算得到，N
z

【专利技术属性】
技术研发人员：崔庆梁，赵东宏，刘宇佳，余长贵，金波，普应金，王燕，金禹彤，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：