【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动飞行控制，尤其涉及一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法及装置。
技术介绍
1、自动飞行控制系统作为现代运输类飞机必不可少的系统，可有效减轻飞行员负担和提高飞行安全。目前，由于设计简单且鲁棒性好，大部分的运输类飞机的自动飞行控制系统的各功能模式控制律，包括垂直速度模式在内的控制律，采用传统的pid控制律架构。垂直速度模式是固定翼飞机自动飞行控制系统的一种功能模式，该模式是现代运输机自动飞行控制系统的最重要的，也是最基本的工作模式，其他纵向模式的控制信号都可转化为以垂直速度控制回路，包括高度保持模式、进近下滑模式、垂直导航模式等。
2、目前的垂直速度模式是采用传统的pid控制方法。垂直速度模式控制律的内回路采用的是姿态控制，其将俯仰角和机体轴的俯仰角速度作为内回路的反馈信号，而外回路则采用垂直速度偏差的pi或者pid控制，并将垂直速度偏差转化为目标俯仰角。
3、上述控制方法的缺点是：在实际工程中，设计垂直速度模式的控制律时，常常根据一定的工程经验经过多次参数试凑才可以找到合适的控制律参数，这无疑增加了研制周期和成本，同时控制精度和稳定性较低。
技术实现思路
1、为解决现有技术中设计垂直速度模式的控制律时增加了研制周期和成本，同时控制精度和稳定性较低的问题，本专利技术提供一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法及装置，采用本专利技术将使得飞机在自动驾驶工作并接通垂直速度模式时，可以较准确的跟踪垂直速度目标值，提高控制过程的平稳性，减少超调，缩短研
2、第一方面，提供一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法，所述方法包括：
3、步骤一、基于垂直速度控制回路控制律，确定飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd；
4、步骤二、基于飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd设计飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律；
5、进一步地，所述方法还包括：
6、步骤三、飞控计算机基于飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律，进行飞机垂直速度模式的自动控制。
7、可选地，飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd的计算公式为：
8、γd＝arcsin(u/v0)
9、
10、
11、式中，γd为飞行航迹倾角滑模控制回路目标值，v0为飞机速度，为垂直速度选择值，为飞机实时垂直速度，为垂直速度偏差，为垂直速度偏差的微分信号，k1、k2、k3、k4分别为比例系数、微分系数、积分系数、偏差系数。
12、可选地，步骤二中设计飞行航迹倾角滑模控制回路控制律时，基于滑模面函数设计lyapunov函数，并对其求导；再基于lyapunov函数的求导结果，确定垂直速度模式的指数趋近律的表达式；之后推导出飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律的表达式。
13、可选地，设计滑模面函数时，选取如下形式的飞机动力学状态空间方程：
14、
15、式中，α、q、γ、δec分别为飞机的迎角、俯仰角速度、飞行航迹倾角以及升降舵偏角，分别为飞机的迎角的导数、俯仰角速度的导数、飞行航迹倾角的导数，为升降舵偏角矩阵，为飞机动力学状态空间矩阵；
16、取滑模面函数的n为3，滑模面函数为：s＝c1x1+c2x2+x3，式中，x1、x2、x3分别表示飞机状态变量α、q、γ；s是滑模面函数，c1、c2满足：c1＝λ2,c2＝2λ，λ取负值，x3＝γ-γd。
17、可选地，定义正定的lyapunov函数为：
18、
19、对lyapunov函数求导，得到：
20、确定指数趋近律的表达式为：k取大于0的数；
21、推导得到飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律的表达式为：
22、
23、式中，
24、
25、可选地，步骤三包括：
26、步骤31、飞控计算机基于飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律计算作动器的位移；
27、步骤32、飞控计算将作动器位移发送至作动器控制系统；
28、步骤33、作动器控制系统基于作动器位移确定舵面偏角；
29、步骤34、自动油门控制系统获取目标速度，以及飞机飞行速度、加速度，并计算得到油门杆角度；
30、步骤35、自动油门控制系统将油门杆角度发送至发动机控制系统，使发动机控制系统按照油门杆角度进行发动机推力控制。
31、可选地，根据飞机实际垂直速度的超调和振荡情况确定k值和λ值。
32、可选地，k1、k2、k3、k4的值根据飞机飞行状态确定。
33、第二方面，提供一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制装置，用于执行第一方面任一所述的一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法，所述装置包括：
34、确定模块，用于基于垂直速度控制回路控制律，确定飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd；
35、设计模块，用于基于飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd设计飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律。
36、第三方面，提供一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制装置，包括处理器和存储器，所述处理器被配置为执行所述存储器中存储的指令，所述处理器通过执行所述指令来实现第一方面任一所述的一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法。
37、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机的处理组件上运行时，使得所述处理组件执行第一方面任一所述的一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法。
38、第五方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面任一所述的一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法。
39、本专利技术的有益效果至少在于：
40、本专利技术提供的方法，在飞机在执行垂直速度模式时，可以较准确的控制飞机跟随飞行员选择的垂直速度目标值，减少垂直速度超调，使飞机飞行控制更加平稳，提升旅客乘坐舒适度，且易于实现。本专利技术可作为自动驾驶高度保持、高度截获、垂直导航、进近下滑模式的内回路。本专利技术可以用于固定翼有人飞机或固定翼无人机垂直速度模式的控制律设计。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法，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，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd的计算公式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中设计飞行航迹倾角滑模控制回路控制律时，基于滑模面函数设计Lyapunov函数，并对其求导；再基于Lyapunov函数的求导结果，确定垂直速度模式的指数趋近律的表达式；之后推导出飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律的表达式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二中设计设计滑模面函数时，选取如下形式的飞机动力学状态空间方程：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二中定义正定的Lyapunov函数为：
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三包括：
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据飞机实际垂直速度的超调和振荡情况确定k值和λ值。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，K1、K2、
10.一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制装置，其特征在于，用于执行权利要求1至9任一所述的一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种固定翼飞机垂直速度模式自动控制方法，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，所述方法还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，飞行航迹倾角滑模控制回路目标值γd的计算公式为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中设计飞行航迹倾角滑模控制回路控制律时，基于滑模面函数设计lyapunov函数，并对其求导；再基于lyapunov函数的求导结果，确定垂直速度模式的指数趋近律的表达式；之后推导出飞行航迹倾角滑模控制回路的控制律的表达式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二中设...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘兆磊，赵伟国，张治国，王兴，
申请(专利权)人：兰州飞行控制有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。