抑制侧滑角信号常值偏差影响的高超声速飞行器控制方法技术

抑制侧滑角信号常值偏差影响的高超声速飞行器控制方法，（1）利用惯组实时测量飞行器的偏航角速度ωy和滚转角速度ωx，并利用惯组、传感器获取滚转角γ和侧滑角（2）计算γ与滚转角指令γc的偏差信号，对偏差信号Δγ进行积分并进行限幅后得到滚转角积分信号；（3）将滚转角积分信号、ωy分别进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的方向舵上；ωx进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的副翼上；将Δγ进行放大后生成控制指令反馈至飞行器的方向舵/副翼；（4）将所有反馈至方向舵的控制指令相加作为方向舵的总控制指令，飞行器上的伺服系统控制方向舵跟踪总控制指令；将所有反馈之副翼的控制指令相加作为副翼的总控制指令，飞行器上的伺服系统控制副翼跟踪总控制指令。

【技术实现步骤摘要】

[0001 ] 本专利技术属于高超声速飞行器姿态控制
。
技术介绍
先进高超声速飞行器越来越成为世界各航天强国争相发展的军用或民用高性能飞行器。美国从二十世纪五、六十年代直到现在研制先进面对称高超声速飞行器过程中不断出现的飞行失控表明，高超声速飞行器的姿态控制技术至今仍未完全成熟。由于防热等问题，高超声速飞行阶段飞行器无法使用大气数据系统，因而无法直接测量侧滑角、攻角等姿态控制需要的角度信息，该部分角度信息只能靠估计计算。而在缓变的风干扰等影响下，作为姿态控制反馈信号的侧滑角计算值与其真实值之间存在常值或近似常值的偏差，此偏差会导致控制精度降低并带来一定的控制风险，尤其是偏差较大的情况下。如何抑制侧滑角反馈信号中常值偏差的影响，成为高超声速飞行器横航向姿态控制中的一个重要问题。目前工程实用的高超声速飞行器横航向姿态控制方法，大多是采用侧滑角、滚转角、滚转角速度和偏航角速度反馈来实现。在侧滑角反馈信号存在常值偏差的情况下，目前的大部分方法均只能做到真实的侧滑角控制结果存在一定的稳态误差而不能完全消除，一类方法除外，即:将滚转角反馈到方向舵上、不反馈到副翼上。然而该方法一方面只适用于方向舵控制滚转的极性确定同时方向舵效又足够高的情况，另一方面，该方法尽管可以消除真实的侧滑角稳态误差但却无法消除滚转角稳态误差。综上，在侧滑角反馈信号存在常值偏差的情况下，目前的高超声速飞行器横航向控制方法均无法同时保证真实的侧滑角稳态误差和滚转角稳态误差同时为零。例如:(I)《南京航空航天大学学报》第41卷第3期发表的“重复使用运载器返回段横侧向控制系统”一文，该文献将滚转角速度反馈到副翼、偏航角速度和滚转角反馈到方向舵进行重复使用运载器的横航向姿态控制，但是未使用侧滑角反馈，因此仅适用于偏航静稳定的飞行器，且该文献也未采用滚转角积分到方向舵的反馈。(2)《飞行控制系统》(吴森堂，费玉华著.北京航空航天大学出版社.第一版，2009年)一书5.4.3节使用了滚转角积分到副翼的反馈，但是为采用侧滑角积分到方向舵的反馈，在侧滑反馈信号存在常值偏差的情况下，该方法也无法消除侧滑角误差。(3)《飞行力学》1996年第I期的“某机横侧向增稳系统控制律的设计”一文，分析了飞机横侧向增稳系统反馈参数的选择及其对飞行品质的影响。该文献横航向姿态控制采用侧向过载、滚转角速度、偏航角速度反馈，主要目的是控制飞行器的横侧向姿态角速度，而不是直接控制姿态角本身，且未采用滚转角及其积分反馈。(4)《系统仿真学报》2010年第2期的“抗不确定性干扰的横侧向姿态控制技术研究”一文，将滚转角、滚转角积分和滚转角速度反馈到副翼实现无人机的横航向控制，偏航通道未加控制，因此仅适用于偏航静稳定且偏航通道自身阻尼较好的飞行器，不适用于偏航静不稳定的高超声速飞行器。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种不使用大气数据系统测量结果的高超声速飞行器横航向姿态控制方法，使得在侧滑角反馈信号存在常值偏差的情况下，不论滚转角信号反馈到副翼还是反馈到方向舵，均能保证真实侧滑角稳态误差为零、同时滚转角稳态误差也为零。本专利技术的技术解决方案是:，步骤如下:(I)利用惯组实时测量高超声速飞行器的偏航角速度和滚转角速度?x，并利用惯组、GPS等传感器获取滚转角Y和侧滑角々(2)计算滚转角Y与滚转角指令Y。的偏差信号A n-Y。,对偏差信号A Y进行积分并进行限幅后得到滚转角积分信号；(3)将侧滑角卢、滚转角积分信号、偏航角速度分别进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的方向舵Sr上；滚转角速度进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的副翼S a上；将偏差信号A y进行放大后生成控制指令反馈至飞行器的方向舵Sr/副翼Sa;“/”代表和或；(4)将所有反馈至方向舵的控制指令相加作为方向舵的总控制指令，飞行器上的伺服系统控制方向舵跟踪总控制指令；将所有反馈之副翼的控制指令相加作为副翼的总控制指令，飞打器上的伺服系统控制副翼跟Ife总控制指令。所述的滚转角速度还可以进行放大后生成控制指令反馈至方向舵。本专利技术与现有技术相比有益效果为:(I)在抑制侧滑角反馈信号常值偏差影响和改善控制精度上，本专利技术充分利用了滚转角积分反馈的控制作用，使得在高超声速飞行器侧滑角反馈信号存在常值偏差的情况下，不仅能保证真实侧滑角稳态误差为零，同时也保证了滚转角稳态误差为零，降低了飞行风险，提高了飞行可靠性。(2)在适用范围上，本方法不仅适用于滚转角反馈到方向舵的情况，也适用于滚转角反馈到副翼的情况，因而在高超声速飞行器横航向姿态控制上具有广泛的适用性。并且，本专利技术方法对偏航静稳定与静不稳定的高超声速飞行器均适用。(3)本专利技术创造性地使用了滚转角积分到方向舵的反馈，并综合应用滚转角速度、偏航角速度、侧滑角、滚转角偏差等多种信号的反馈来实现比其它方法更优的控制效果。滚转角积分到方向舵的反馈是一个不容易想到的非常规的控制思路。在本文之前，由于未充分认识到滚转角积分到方向舵的反馈方式的优点，飞行器控制领域对滚转角积分的惯用反馈思路只是将滚转角积分反馈到副翼。惯用思路虽然可以提高滚转角积分的控制精度，但在侧滑角测量信号存在常值偏差的情况下，侧滑角的控制结果必然存在常值偏差。而使用本方法首次提出的滚转角积分到方向舵的反馈这一非常规思路却能避免惯用方法的缺陷，在侧滑角测量信号存在常值偏差的情况下可同时提高滚转角和侧滑角控制精度。【附图说明】图1为本专利技术控制系统结构框图；图2为本专利技术具体实施步骤；图3a_3c和图4a_4b为本专利技术与其它方法的控制效果对比。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明:由本专利技术所实现的高超声速飞行器横航向姿态控制方法的控制框图如图1所示，图1中的各符号解释如下:^——真实侧滑角；P——侧滑角反馈信号；A 0——侧滑角反馈信号与真实侧滑角之间的常值偏差；Y——滚转角反馈信号；Yc——滚转角指令信号；(Ox-滚转角速度信号；Wy-偏航角速度信号；/ —积分运算；Sr——方向舵舵偏；6 a——副翼舵偏；`ks;—侧滑角到方向舵反馈的增益系数；kSyr——滚转角到方向舵反馈的增益系数；ks；——滚转角积分到方向舵反馈的增益系数；kSJf——偏航角速度到方向舵反馈的增益系数；<r——滚转角速度到方向舵反馈的增益系数；^——滚转角到副翼反馈的增益系数；K:—滚转角速度到副翼反馈的增益系数；Sat——限幅处理函数。限幅处理函数Sat的一种实现形式为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
抑制侧滑角信号常值偏差影响的高超声速飞行器控制方法，其特征在于步骤如下：（1）利用惯组实时测量高超声速飞行器的偏航角速度ωy和滚转角速度ωx，并利用惯组、传感器获取滚转角γ和侧滑角（2）计算滚转角γ与滚转角指令γc的偏差信号Δγ=γ?γc，对偏差信号Δγ进行积分并进行限幅后得到滚转角积分信号；（3）将侧滑角滚转角积分信号、偏航角速度ωy分别进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的方向舵δr上；滚转角速度ωx进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的副翼δa上；将偏差信号Δγ进行放大后生成控制指令反馈至飞行器的方向舵δr/副翼δa；（4）将所有反馈至方向舵的控制指令相加作为方向舵的总控制指令，飞行器上的伺服系统控制方向舵跟踪总控制指令；将所有反馈之副翼的控制指令相加作为副翼的总控制指令，飞行器上的伺服系统控制副翼跟踪总控制指令。FDA0000396794160000011.jpg,FDA0000396794160000012.jpg

【技术特征摘要】
1.抑制侧滑角信号常值偏差影响的高超声速飞行器控制方法，其特征在于步骤如下: (1)利用惯组实时测量高超声速飞行器的偏航角速度和滚转角速度，并利用惯组、传感器获取滚转角Y和侧滑角 (2)计算滚转角Y与滚转角指令Y。的偏差信号AY = Y。，对偏差信号A y进行积分并进行限幅后得到滚转角积分信号； (3)将侧滑角A滚转角积分信号、偏航角速度分别进行放大后生成控制指令反馈到飞行器的方向舵Sr上；滚转角速度进行放大后生成控制指令反馈到飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李争学，刘刚，刘峰，李杰奇，吴炜平，张永，霍甲，蔡巧言，张旭辉，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：