【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器，涉及一种涡喷载人飞行器的飞行姿态控制方法及控制系统。
技术介绍
1、载人飞行器相较于无人机，由于有人员乘坐，对于安全性要求很高。但涡喷载人飞行器相较于电动旋翼载人飞行器及常见无人机，由于动力源为微型涡喷发动机，具有动力源响应迟滞的特点，使得飞行器系统相位裕度较小；同时涡喷发动机之间一致性较差，实现飞行器姿态平稳控制及安全性具有困难。由于常用飞控系统为微处理器，计算资源有限，难以部署高计算需求的控制器，而常用pid控制器、反步法控制器等，难以适用于涡喷载人飞行器的飞行姿态控制；此外涡喷发动机作为动力源存在响应滞后的问题，而且其还导致了系统相位裕度偏小的问题和一致性较差的问题，。因此需对相关飞行姿态控制器进行改进。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决涡喷发动机作为动力源存在响应滞后的问题，以及其导致的系统相位裕度偏小的问题和一致性较差的问题。
2、一种涡喷载人飞行器的控制方法，包括以下步骤：
3、s100、基于飞行器的姿态目标值和获得的飞行器的姿态反馈值，利用pid控制器得到俯仰、横滚、偏航控制力矩；所述的姿态包括姿态角度和姿态角速度；
4、s200、通过推力矢量及推力差混控器将所述的俯仰、横滚、偏航控制力矩分配至各涡喷发动机；
5、所述推力矢量及推力差混控器是指根据飞行器特性将三轴控制力矩映射分配为各执行器的控制信号的控制器；所述执行器是指控制飞行器运动的部件，在涡喷载人飞行器中包括涡喷发动机、舵机；推力矢量及推
6、s300、利用动力源闭环控制器对涡喷发动机的第一油门控制信号进行校正得到第二油门控制信号，同时将涡喷发动机转速油门反馈与当前油门理论转速的转速误差作为评价指标，对涡喷发动机第二油门控制信号调整得到第三油门控制信号，并作为涡喷发动机最终控制信号，控制飞行器飞行姿态。
7、进一步地，s100中所述pid控制器为串级式pid控制器。
8、进一步地，s100所述基于飞行器的姿态目标值和得到的飞行器的姿态反馈值，利用通过pid控制器得到俯仰、横滚、偏航控制力矩的过程包括以下步骤：
9、首先姿态目标值与姿态反馈值以四元数形式输入姿态角pid控制器，并输出姿态角速度目标值；之后将姿态角速度目标值与姿态角速度反馈值输入姿态角速度pid控制器，并输出俯仰、横滚、偏航控制力矩；
10、所输入的姿态角度反馈值及姿态角速度反馈值均经滤波后再送入各自对应的pid控制器。
11、进一步地，所述超前校正器基于涡喷发动机转速油门传递函数确定，涡喷发动机转速油门传递函数如下：
12、
13、其中，a1表示超前校正器的增益参数，τ表示超前校正器的时间常数，s表示拉普拉斯变换中的复数变量；其中a1、τ参数根据涡喷发动机转速油门传递函数的具体形式以及飞行器所需涡喷发动机相位裕度以及系统所需涡喷发动机最大相位频率进行计算确定。
14、进一步地，所述的涡喷发动机转速油门传递函数用推力测试台离线标定。
15、进一步地，所述转速油门补偿环节如下：
16、首先将发动机转速油门反馈与当前油门理论转速相比得到转速误差，然后输入转速油门控制器计算得到发动机控制油门增量，所述转速油门控制器为增量式pid控制器；最后将发动机控制油门增量叠加至第二油门控制信号上得到第三油门控制信号，并作为涡喷发动机最终控制信号，从而控制涡喷载人飞行器的飞行姿态。
17、进一步地，所述当前油门理论转速如下：
18、
19、其中，rpmref表示当前油门理论转速，thro表示当前油门，thromin表示油门控制信号最小值，thromax表示油门控制信号最大值，rpmmax表示涡喷发动机理论最大转速，rpmmin表示涡喷发动机理论怠速转速。
20、一种涡喷载人飞行器的控制系统，包括第一pid控制单元、推力矢量及推力差混控器和动力源闭环控制器；
21、第一pid控制单元：基于飞行器的姿态目标值和获得的飞行器的姿态反馈值，得到俯仰、横滚、偏航控制力矩；所述的姿态包括姿态角度和姿态角速度；
22、推力矢量及推力差混控器：将所述的俯仰、横滚、偏航控制力矩分配至各涡喷发动机；所述推力矢量及推力差混控器是指根据飞行器特性将三轴控制力矩映射分配为各执行器的控制信号的控制器；所述执行器是指控制飞行器运动的部件，在涡喷载人飞行器中包括涡喷发动机、舵机；推力矢量及推力差混控器的控制力矩分配过程中，推力矢量机构动力源为舵机，通过设置推力矢量机构高优先级，即将推力矢量控制权重提高，优先通过矢量机构进行控制；并在当前矢量机构控制状态下，通过对推力矢量方向进行线性化，获得当前状态下的涡喷发动机推力分配矩阵；将俯仰、横滚、偏航控制力矩输入推力分配矩阵计算得到当前时刻下各涡喷发动机第一油门控制信号；
23、动力源闭环控制器：对涡喷发动机的第一油门控制信号进行校正得到第二油门控制信号，同时将涡喷发动机转速油门反馈与当前油门理论转速的转速误差作为评价指标，对涡喷发动机第二油门控制信号调整得到第三油门控制信号，并作为涡喷发动机最终控制信号，控制飞行器飞行姿态。
24、进一步地，所述第一pid控制单元得到俯仰、横滚、偏航控制力矩的过程包括以下步骤：
25、首先姿态目标值与姿态反馈值以四元数形式输入姿态角pid控制器，并输出姿态角速度目标值；之后将姿态角速度目标值与姿态角速度反馈值输入姿态角速度pid控制器，并输出俯仰、横滚、偏航控制力矩；
26、所输入的姿态角度反馈值及姿态角速度反馈值均经滤波后再送入各自对应的pid控制器。
27、进一步地，所述动力源闭环控制器先将第一油门控制信号输入超前校正器得到第二油门控制信号，再经转速油门补偿环节输出第三油门控制信号；
28、所述转速油门补偿环节如下：
29、首先将发动机转速油门反馈与当前油门理论转速相比得到转速误差，然后输入转速油门控制器计算得到发动机控制油门增量，所述转速油门控制器为增量式pid控制器；最后将发动机控制油门增量叠加至第二油门控制信号上得到第三油门控制信号，并作为涡喷发动机最终控制信号，从而控制涡喷载人飞行器的飞行姿态。
30、有益效果：
31、本专利技术提供一种适用于涡喷载人飞行器飞行姿态控制方法，包括姿态串级pid控制器、推力矢量及推力差混控器、动力源闭环控制器；所适用的载人飞行器特征为涡喷发动机可进行一维推力矢量调整。本专利技术有效克服涡喷发动机的响应迟滞问题、一致性差问题本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，S100中所述PID控制器为串级式PID控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，S100所述基于飞行器的姿态目标值和得到的飞行器的姿态反馈值，利用通过PID控制器得到俯仰、横滚、偏航控制力矩的过程包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，所述超前校正器基于涡喷发动机转速油门传递函数确定，涡喷发动机转速油门传递函数如下：
5.根据权利要求4所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，所述的涡喷发动机转速油门传递函数用推力测试台离线标定。
6.根据权利要求4所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，所述转速油门补偿环节如下：
7.根据权利要求6所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，所述当前油门理论转速如下：
8.一种涡喷载人飞行器的控制系统，其特征在于，包括第一PID控制单元、
9.根据权利要求8所述的一种涡喷载人飞行器的控制系统，其特征在于，所述第一PID控制单元得到俯仰、横滚、偏航控制力矩的过程包括以下步骤：
10.根据权利要求8或9所述的一种涡喷载人飞行器的控制系统，其特征在于，所述动力源闭环控制器先将第一油门控制信号输入超前校正器得到第二油门控制信号，再经转速油门补偿环节输出第三油门控制信号；
...【技术特征摘要】
1.一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，s100中所述pid控制器为串级式pid控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，s100所述基于飞行器的姿态目标值和得到的飞行器的姿态反馈值，利用通过pid控制器得到俯仰、横滚、偏航控制力矩的过程包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，所述超前校正器基于涡喷发动机转速油门传递函数确定，涡喷发动机转速油门传递函数如下：
5.根据权利要求4所述的一种涡喷载人飞行器的控制方法，其特征在于，所述的涡喷发动机转速油门传递函数用推力测试台离线标定...
【专利技术属性】
技术研发人员：董为，高永卓，吕轶群，王新蕊，李鹏杰，李小奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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