[发明专利]一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法

权利要求书

1.一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对升降舵通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δr_x、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δx_p、目标飞行高度指令ΔH_c以及舰尾流干扰的纵向分量Δw_lon进行前馈控制；以当前俯仰角增量Δθ、俯仰角速率增量Δq和舰载机飞行高度增量ΔH信息作为反馈信号，其中高度采用PID控制，以当前下滑道高度作为目标高度指令；

(2)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对油门通道进行控制：利用可预见的理想下滑高度Δr_x、可预见的理想下滑高度的信息存储值Δx_p、升降舵偏角增量Δδ_e及舰尾流干扰的纵向分量Δw_lon进行前馈控制，利用迎角增量Δα和法向加速度增量Δa_z进行反馈控制，将前馈和反馈结合进行控制；

(3)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对副翼通道进行控制：利用舰尾流干扰的侧向分量Δw_lat进行前馈控制，利用滚转角增量Δφ、滚转角速度增量Δp、偏航角增量Δψ、横侧向状态变量Δx_blat、目标飞行侧偏距指令Δy_c和舰载机的侧偏距增量Δy进行反馈控制，其中侧偏距采用PID控制，以零侧偏距作为目标侧偏距指令；

(4)采用前馈控制和反馈控制相结合的控制方法对方向舵通道进行控制：利用当前副翼偏角增量Δδ_a及舰尾流干扰的侧向分量Δw_lat进行前馈控制，利用当前的偏航角速度增量Δr、侧滑角增量Δβ、滚转角速度增量Δp、横侧向状态变量Δx_blat、目标飞行侧偏距指令Δy_c和舰载机的侧偏距增量Δy进行反馈控制，将前馈和反馈结合进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种含舰尾气流补偿的舰载机自动着舰复合控制方法，其特征在于，所述步骤(1)升降舵通道的计算方法如下：

首先将飞机的纵向状态方程离散化，得到飞机的纵向离散化模型：

Σlon:Δxblon(k+1)=AblonΔxblon(k)+B1blonΔwblon(k)+B2blonΔublon(k)Δh(k+1)=AeblonΔxblon(k)+Δh(k)Δxp(k+1)=AplonΔxp(k)+BplonΔrx(k)Δher(k)=Δh(k)-CpΔxp(k)---(1)]]>

其中，Δx_blon＝[Δu Δw Δα Δq Δθ]^T，Δx_blon为纵向状态变量，Δu为空速横向分量的反馈量与配平值之差，Δw为空速垂直分量的反馈量与配平值之差，Δα为迎角反馈量与配平值之差，Δq为俯仰角速率反馈量与配平值之差，Δθ为俯仰角反馈量与配平值之差；Δw_blon＝[Δu_g Δw_g]^T为舰尾流干扰的横向和纵向速度分量，Δu_g为舰尾流干扰的横向速度分量，Δw_g为舰尾流干扰的垂直速度分量，A_blon、B_1blon、B_2blon、A_eblon为飞机的纵向状态空间矩阵；Δh为实际飞行高度值；Δh_er为实际飞行高度反馈量与理想下滑高度之差；在采样时间为T_s，下滑道高度信息的可预见时间t_p时，可预见步数N＝t_p/T_s；A_p、B_p、C_p为N步延时器的状态空间系数，

Ap=01...0.........00...100...0Bp=0(N-1)×11Cp=101×(N-1)]]>

上式中Δr_x(k)＝Δh_c(k+N)是k时刻的下滑道高度的N步预见值，Δx_p是下滑道高度可预见信息的存储值，可表示为：

Δxp(k)=Δrx(k-N)...Δrx(k-1)=Δh(k)...Δh(k+N-1)---(2)]]>

其中：N为预见步数；

由纵向离散化模型∑_lon可以推导得到：

其中：Δu_blon为纵向控制输入量矩阵，Δu_blon＝[Δδ_e Δδ_T]^T，Δδ_e为升降舵偏角增量，Δδ_T为油门增量，A_glon、B_glon、C_glon为中间变量系数矩阵；

定义Δx_glon＝[Δx_blon Δh]^T，目标要寻找控制信号Δu_blon，使得控制性能指标J_lon最小化

Jlon=Σk=-N+1∞[ΔherT(k)W1TW1Δher(k)+ΔublonT(k)W2TW2Δublon(k)]---(4)]]>

其中：W₁为纵向全信息鲁棒预见控制律输出权重；W₂为纵向全信息鲁棒预见控制律输入权重；

当系统满足以下三个条件时，可以得到满足要求复合控制器：

(1)(A_glon B_glon)是稳定的；

(2)W₂′W₂＞0；

(3)∀θ∈(-π,π],Aglon-ejθIBglonCglon0]]>满秩；

升降舵通道的控制律如下：

其中K_q为俯仰角速率控制参数；K_θ为俯仰角控制参数；F_plon，1为F_plon的第一行；F_rlon，1为F_rlon的第一行；F_wlon，1为F_wlon的第一行；

Δθc(k)=(KHp+KHiS+KHds)(ΔHc(k)-ΔH(k))---(6)]]>

式中F_plon，1是F_plon的第一行；F_rlon，1是F_rlon的第一行；F_wlon，1是F_wlon的第一行；F_plon，F_rlon，F_wlon的计算公式如下：

Fplon(0)=00TFplon(h)=-R‾-1BglonT(AcgT)j-1S,0<j<N,j∈ZFrlon=-R‾-1BglonT(AcgT)N-1SFwlon=-R‾-1BglonTXggB1blonR‾=W2TW2+BglonTXggBglonS=CglonTW1TW1Acg=Aglon+BglonFglon---(7)]]>

式中，Aglon=Ablon0AeblonI,Bglon=Bblon0,]]>C_glon＝[0 I]，W₁为纵向全信息鲁棒预见控制律输出权重，W₂为纵向全信息鲁棒预见控制律输入权重，F_glon为纵向状态变量反馈系数矩阵，j为中间变量，z为整数集合，S、A_cg均为中间变量系数矩阵，X_gg是下面的离散代数Riccati方程的稳态解：

Xgg=Aglon′XggAglon-Fglon′R‾Fglon+Cglon′W1′W1Cglon---(8).]]>