[发明专利]一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，特别是一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，属于飞行器控制技术领域。

背景技术

为了降低运输机对环境的影响及提高飞行器的效率，未来的解决方案为大展弦比轻重量飞行器。对于高空长航时无人机来说，由于高空低密度以及其低翼载特性决定其必须采用大展弦比低重量构型。这两类飞行器的刚体运动频率与结构弹性振动频率接近，当遇到阵风时将严重激发其结构的振动，这将大大降低乘坐品质(对于运输机来说)和影响操纵性，甚至导致结构破坏。

当阵风信息和系统的部分信息已知时，对于扰动补偿来说前馈控制优于一般反馈控制。理想情况下，前馈控制可完全消除可测扰动的影响。采用前馈控制时扰动响应与控制补偿之间无时间延迟。

机载激光探测传感器(Light detection and ranging,LIDAR)的发明与使用为应用前馈控制器进行阵风载荷减缓提供了前提。还有些其它的仪器，如霍尼韦尔的IntuVue三维天气雷达，也可用于进行阵风信息的采集。

在现有的前馈控制中，如图1所示，图中w_g(t)为飞行器前方阵风，为激光探测传感器探测到的阵风信号，是w_g(t)的近似，H为阵风扰动与飞行器响应之间的传递函数，G为飞行器控制作动器与其响应之间精确的传递函数，是-G的近似，G_c为前馈控制器，自适应滤波器为前馈控制器G_c提供系数。u(t)和u_a(t)分别为中间信号，x(t)和y(t)分别为扰动通道和控制通道的输出响应，e(t)为响应误差，是x(t)与y(t)的和。在该自适应前馈控制中采用飞行器在控制器作用下的响应，即e(t)来作为前馈控制器系数的计算输入，这样前馈控制器对飞行器的补偿是基于闭环响应的，补偿作用偏小。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，采用辨识方法辨识出控制通道的离散传递函数，基于该离散传递函数构建扰动辨识通道；采用扰动辨识通道辨识出的扰动作为前馈控制器系数的反馈计算输入，并利用FIR(有限脉冲响应)模型来设计前馈控制器，从而增大了补偿作用，提高了控制效率，最大程度上满足了飞行器阵风减缓自适应前馈控制的需求。

本发明的技术解决方案是：一种飞行器阵风减缓自适应前馈控制系统，包括扰动通道、控制通道和扰动辨识通道；

所述扰动通道接收阵风信号w_g(t)，并输出扰动响应信号x(t)，控制通道接收阵风测试信号并输出控制响应信号y(t)；

所述扰动辨识通道接收响应误差信号e(t)，输出扰动响应辨识信号并作为反馈信号输入给控制通道，所述响应误差信号e(t)为扰动通道的输出响应x(t)和控制通道的输出响应y(t)之和，所述扰动辨识通道由公式：

给出，其中q^-1为延迟算子，q^-1u(t)＝u(t-1)，u(t)为飞行器控制作动器输入信号，A(q^-1)和B(q^-1)由公式：

给出，为飞行器控制作动器输入与飞行器控制通道响应之间精确传递函数G的近似函数。

所述飞行器控制作动器输入与飞行器控制通道响应之间精确传递函数G的近似函数具体过程为：

(i)在飞行器配平状态下，向飞行器的控制作动器输入测试信号u(t)来操纵控制舵面，记录飞行器控制通道的响应信号y(t)；

(ii)以u(t)为输入，y(t)为输出，辨识飞行器控制作动器输入与飞行器控制通道响应信号之间精确传递函数G的近似函数具体由公式：给出，其中

所述辨识通过MATLAB软件里的tfest函数完成。

所述测试信号u(t)采用频率随时间增加的正弦信号；具体由公式：

u(t)＝u₀+u_A(2πft)

给出，其中u₀是常值，u_A为输入信号的幅值，f为t时刻的瞬间频率，由公式：

f＝f₀t

给出，其中f₀是常值。

所述控制通道包括激光探测传感器、滤波器自适应滤波器、前馈控制器和控制作动器；