一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法技术

本发明专利技术涉及一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，首先设计了面向飞行器复合机动动作的弹道偏角、弹道倾角指令生成方法。然后设计了将弹道偏角、弹道倾角指令解算为内环俯仰、偏航、滚转三通道自动驾驶仪输入的计算方法。通过上述方法实现了飞机自动执行复合机动。本发明专利技术的面向复合机动动作的飞控指令生成方法能稳定、快速控制飞行器执行各种机动动作。本发明专利技术中生成飞控指令的方法更为简单，仅有半筋斗与筋斗需要将机动过程分为两段、其余机动不需为机动过程分段。本发明专利技术的方法能控制飞机自动完成包括但不限于S形机动、急拉起、斜拉起、下降急转、桶滚，筋斗、半筋斗等复合机动。复合机动。复合机动。

【技术实现步骤摘要】
一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法


[0001]本专利技术属于飞行器控制
，涉及一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法。

技术介绍

[0002]根据空战中的飞机的机动方式，美国学者提出了包含七个基本机动动作的动作库：1)最大加速,2)最大减速,3)最大过载爬升,4)最大过载俯冲,5)最大过载左转,6)最大过载右转,7)稳定飞行(各控制量不变)。复合机动由多段基本机动构成，在进行如桶滚、半筋斗等复合动作时弹道倾角、弹道偏角、滚转角数值会发生
±
180
°
或
±
360
°
的反转，使得依赖角度误差反馈的自动驾驶仪失效。现有方案多将一个完整的复合机动动作分为多段，每段为单独的基本机动动作，以条件状态转移的形式分段地生成飞控指令。此方法实现方式较为复杂，对每种复合机动都要进行单独设计，且需设计机动进入与中途退出的条件与控制律。
[0003]飞行器的自动驾驶仪系统一般有两回路(速率陀螺、加速度计)或三回路(速率陀螺、伪攻角滤波、加速度计)结构，该自动驾驶仪结构简单、可靠性高。但是现有的自动驾驶仪无法处理大范围复合机动动作中弹道倾角、弹道偏角、滚转角数值会发生
±
180
°
或
±
360
°
的反转带来的角度误差量的大幅变化，需要改变角度反馈的计算方式，方能使得飞行器复合机动动作得到可靠控制。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法。
[0006]技术方案
[0007]一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，其特征在于生成步骤如下：
[0008]步骤1：根据所设计的机动动作生成弹道倾角控制指令θ
c
、弹道偏角指令ψ
vc
与速度指令V
c
；
[0009]步骤2：根据弹道倾角控制指令θ
c
计算弹道倾角误差Δθ，以弹道倾角误差的比例微分PD输出作为铅垂平面内的过载指令n
y2
，实现对弹道倾角指令的跟踪：
[0010][0011]其中：θ为弹道倾角，k
θ
、k
θ
为PD控制器增益，[
‑
n
ymin
,n
ymax
]为过载指令n
y2
的上下限；
[0012]根据弹道偏角指令计算弹道偏角误差Δψ，以弹道偏角误差的PD输出作为水平平面内的过载指令n
z2
，实现对弹道偏角指令的跟踪；
[0013][0014]其中：ψ为飞机当前弹道偏角，k
ψ
、为PD控制器增益，[
‑
n
zmax
,n
zmax
]为n
z2
上下限，δ
ph
为设定的小量，这里设为0.01(rad)
[0015]步骤3：依照倾斜转弯关系，将铅垂平面内的过载指令n
y2
和水平平面内的过载指令n
z2
，转化为纵向过载指令n
yc
，滚转角指令n
zc
：
[0016]当时：
[0017][0018]当时：
[0019][0020]确定Δγ方向的计算：
[0021][0022][0023]Δγ＝Δγ
‑
π
[0024]else
[0025]Δγ＝Δγ+π
[0026]其中：γ
c
为滚转角控制信号、n
yc
为速度系y方向过载控制信号、n
zc
为速度系y方向过载控制信号、δ
n
为设定的小量，这里设为0.1；
[0027]步骤4：将纵向过载指令n
yc
，滚转角指令n
zc
输入自动驾驶仪，实现了飞机自动执行复合机动。
[0028]所述步骤1的机动动作包括但不限于：S形机动、急拉起、斜拉起、下降急转、桶滚，筋斗或半筋斗。
[0029]所述步骤1的机动动作采用S形机动时：以正弦信号作为弹道偏角指令，参数为最大弹道偏角ψ
max
，正弦信号角速度ω、相位ψ0，所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：
[0030][0031]所述步骤1的机动动作采用急拉起时：以高度的PID输出生成弹道倾角指令，计算方法如下，参数为目标高度H
des
，最大弹道倾角θ
max
,初始速度V0,初始弹道偏角ψ0，H为当前高度，k
H
，k
IH
为PID控制器增益；所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：
[0032][0033]所述步骤1的机动动作采用斜拉起时：参数为期望弹道倾角θ
des
且θ
des
>0，期望弹道偏角ψ
des
，V0为初始速度；所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：
[0034][0035]所述步骤1的机动动作采用下降急转即飞机俯冲下降同时进行转弯，视为反向的斜拉起时,参数为期望弹道倾角θ
des
且θ
des
<0，期望弹道偏角ψ
des
，V0为初始速度，V0为初始速度；所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：
[0036][0037]所述步骤1的机动动作采用桶滚时：桶滚即飞机以参考直线为圆柱轴线，在圆柱轴线方向上以速度a匀速前进，在圆柱底面投影上做半径为b的圆周运动，参数为桶滚角速度ω，dx为轴线方向前进速度、dy为速度在圆柱底面投影的竖直方向分量、dz为速度在圆柱底面投影的水平方向分量、ψ0为初始弹道偏角、V0为初始速度；所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：
[0038][0039]所述步骤1的机动动作采用筋斗、半筋斗机动时，分为两段的飞控指令生成方法，与两段间的状态转移条件，飞控指令指弹道偏角ψ
c
、弹道倾角指令θ
c
；
[0040]所述半筋斗指筋斗机动到达最高顶点时，飞机滚转180
°
，以平飞姿态改出，此时飞机航向与进入筋斗时相反；弹道倾角θ定义在上，给出Δθ作为控制量；即θ
c
＝Δθ+θ；动作开始后，设定Δθ为常值设为30
°
；所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：
[0041][0042]当机动动作满足弹道偏角与初值反向且弹道倾角为0后，改平；
[0043]将飞机提前控制改平，以θ
c
为判定依据，所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算；
[0044]If|θ
c
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，其特征在于生成步骤如下：步骤1：根据所设计的机动动作生成弹道倾角控制指令θ
c
、弹道偏角指令ψ
vc
与速度指令V
c
；步骤2：根据弹道倾角控制指令θ
c
计算弹道倾角误差Δθ，以弹道倾角误差的比例微分PD输出作为铅垂平面内的过载指令n
y2
，实现对弹道倾角指令的跟踪：其中：θ为弹道倾角，k
θ
、为PD控制器增益，[
‑
n
ymin
,n
ymax
]为过载指令n
y2
的上下限；根据弹道偏角指令计算弹道偏角误差Δψ，以弹道偏角误差的PD输出作为水平平面内的过载指令n
z2
，实现对弹道偏角指令的跟踪；其中：ψ为飞机当前弹道偏角，k
ψ
、为PD控制器增益，[
‑
n
zmax
,n
zmax
]为n
z2
上下限，δ
ph
为设定的小量；步骤3：依照倾斜转弯关系，将铅垂平面内的过载指令n
y2
和水平平面内的过载指令n
z2
，转化为纵向过载指令n
yc
，滚转角指令n
zc
：当时：当时：确定Δγ方向的计算：确定Δγ方向的计算：Δγ＝Δγ
‑
πelse
Δγ＝Δγ+π其中：γ
c
为滚转角控制信号、n
yc
为速度系y方向过载控制信号、n
zc
为速度系y方向过载控制信号、δ
n
为设定的小量；步骤4：将纵向过载指令n
yc
，滚转角指令n
zc
输入自动驾驶仪，实现了飞机自动执行复合机动。2.根据权利要求1所述面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，其特征在于：所述步骤1的机动动作包括但不限于：S形机动、急拉起、斜拉起、下降急转、桶滚，筋斗或半筋斗。3.根据权利要求1所述面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，其特征在于：所述步骤1的机动动作采用S形机动时：以正弦信号作为弹道偏角指令，参数为最大弹道偏角ψ
max
，正弦信号角速度ω、相位ψ0，所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：4.根据权利要求1所述面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，其特征在于：所述步骤1的机动动作采用急拉起时：以高度的PID输出生成弹道倾角指令，计算方法如下，参数为目标高度H
des
，最大弹道倾角θ
max
,初始速度V0,初始弹道偏角ψ0，H为当前高度，k
H
，k
IH
为PID控制器增益；所述步骤1机动动作的参数根据下述公式计算：5.根据权利要求1所述面向飞行器复合机动动作的飞控指令生成方法，其特征在于：所述步骤1的机动动作采用斜拉起时：参数为期望弹道倾角θ
des
且θ
des
>0，期望弹道偏角ψ
des
，V0为初始速度；所述步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭行，黄靖尧，李清伟，张晓峰，许涛，闫天，付斌，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：