[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于高超声速飞行器姿态控制技术领域。 

背景技术

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：(1)《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1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。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：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。 

本发明的技术解决方案是：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，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ω_y和滚转角速度ω_x，并利用惯组、GPS等传感器获取滚转角γ和侧滑角

（2）计算滚转角γ与滚转角指令γ_c的偏差信号Δγ=γ-γ_c，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ω_y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ω_x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；“/”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，飞行器上的伺服系统控制副翼跟踪总控制指令。 

所述的滚转角速度ω_x还可以进行放大后生成控制指令反馈至方向舵。 

本发明与现有技术相比有益效果为：