【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人直升机飞行控制领域，涉及一种无人直升机飞行包线划分方法及装置。
技术介绍
1、无人直升机在全包线飞行时运动特性和操纵特性变化明显，在整个飞行包线内仅设计出一个能满足所有飞行状态点要求的控制器是不现实的，也是不可能的。
2、现有的无人直升机飞行包线划分方法，存在无人直升机因高度产生的动态特性变化较小，而因空速改变而产生的特性变化很大，对飞行包线进行划分时，按空速进行飞行包线分区的密度相对较大，而高度分区较为稀疏的缺点。
技术实现思路
1、本申请提供一种无人直升机飞行包线划分方法及装置，能够解决无人直升机按空速进行飞行包线分区的密度相对较大，而高度分区较为稀疏的问题。
2、第一方面，本申请提供一种无人直升机飞行包线划分方法，所述方法包括：
3、步骤1：根据无人直升机稳定性和操纵性，提取划分特征量xk；
4、步骤2：利用所述划分特征量，通过循环迭代确定划分矩阵和聚类中心，得到隶属度值μik和聚类原型pi；
5、步骤3：利用隶属度值μik和聚类原型pi，选取划分模糊程度m和划分子包线个数c；
6、步骤4：根据划分模糊程度m和划分子包线个数c，验证划分效果。
7、进一步的，步骤1包括：
8、步骤11：选取无人直升机纵向短周期模态，利于纵向角运动方程，计算角运动对无人直升机纵向操稳性能和操纵性能进行分析；
9、步骤12：根据角运动纵向线性化状态方程为：其中，mu为速度稳
10、步骤13：利用纵向线性化状态方程，根据速度稳定性导数mu和俯仰力矩稳定性导数mq，确定直升机的迎角静稳定性；根据纵向操纵性导数随着无人直升机高度的增大而减小，随着无人直升机速度的增大而增大；
11、步骤14：根据速度稳定性导数mu、俯仰力矩稳定性导数mq和纵向操纵性导数利用公式确定划分特征量xk其中，n表示样本容量。
12、进一步的，步骤2包括：
13、步骤21：根据划分特征量xk，构建待划分样本x＝{xk|k＝1，2，...，n}，其中，xk＝[x1k...xnk]，xk∈rn；
14、步骤22：根据待划分样本x，构建性能函数j，其中，u为划分矩阵，p为聚类中心，μik表示第k个样本对于第i个聚类中心的隶属度值，dik表示第k个样本相对第i个聚类中心的距离，c表示划分子包线的个数；m表示划分模糊程度。
15、步骤23：根据聚类准则为取性能函数jm(u,p)的极小值，利用拉格朗日乘数法计算得到隶属度值μik和聚类原型pi。
16、进一步的，步骤3包括：
17、步骤31：综合聚类评价指标评估聚类划分的有效性，选择最优的划分参数，其中，划分参数包括划分模糊程度m和划分子包线个数c；
18、步骤32：根据划分系数(pc)确定模糊程度m和样本隶属度μik；根据划分子包线个数c和样本隶属度μik确定综合聚类评价指标；
19、步骤33：根据划分指数(sc)、划分熵(ce)和xie-beni指数，确定划分子包线个数c。
20、进一步的，步骤4包括：
21、将直升机飞行包线划分为c个子包线，通过分析包线工作点相对子样本隶属度μik的分布情况来验证包线划分的效果。
22、进一步的，所述纵向角运动方程为：
23、
24、其中，u、v、w为三轴速度，p、q、r为三轴角速度，δc、δa、δe、δr为垂向、横向、纵向和航向操纵量。
25、进一步的，利于公式计算隶属度值μik；
26、根据隶属度值μik，利于公式计算聚类原型pi。
27、进一步的，m的值在1.6到2之间。
28、进一步的，若包线内每一个工作点相对于该子包线和相邻子包线的隶属度之和接近1，而相对于其它子包线的隶属度接近为零，说明模糊程度恰当，包线划分合理；反之，则需要重新进行包线划分。
29、第二方面，本申请提供一种无人直升机飞行包线划分装置，所述装置包括提取单元、确定单元、选取单元和验证单元，其中：
30、提取单元，用于根据无人直升机稳定性和操纵性，提取划分特征量xk；
31、确定单元，用于利用所述划分特征量，通过循环迭代确定划分矩阵和聚类中心，得到隶属度值μik和聚类原型pi；
32、选取单元，用于利用隶属度值μik和聚类原型pi，选取划分模糊程度m和划分子包线个数c；
33、验证单元，用于根据划分模糊程度m和划分子包线个数c，验证划分效果。
34、综上所述，本专利技术针对无人直升机全包线范围设计单一控制器实现控制难的问题，提供一种无人直升机飞行包线划分方法及装置，对无人直升机的稳定性和操纵性、聚类划分特征量、划分矩阵、聚类中心以及划分参数等进行了分析。试验结果表明，本专利技术设计的无人直升机飞行包线划分方法可以实现无人直升机飞行包线的划分，并保证了无人直升机的稳定性和操纵性。
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1.一种无人直升机飞行包线划分方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4包括：
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纵向角运动方程为：
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，m的值在1.6到2之间。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若包线内每一个工作点相对于该子包线和相邻子包线的隶属度之和接近1，而相对于其它子包线的隶属度接近为零，说明模糊程度恰当，包线划分合理；反之，则需要重新进行包线划分。
10.一种无人直升机飞行包线划分装置，其特征在于，所述装置包括提取单元、确定单元、选取单元和验证单元，其中：
【技术特征摘要】
1.一种无人直升机飞行包线划分方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4包括：
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纵向角运动方程为：
7.根据权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄贤开，段镖，王刚强，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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