[发明专利]一种飞行器迎角信号的建模方法

说明书

本发明公开了一种飞行器迎角信号的建模方法，包括飞行器迎角的信号流模型和信号流中各环节的数学模型。其中，信号流模型描述了从飞行器真实迎角到飞行控制使用迎角信号之间的物理过程和处理环节，包括飞行器俯仰转动对迎角的影响、飞行器流场干扰对迎角测量的影响、迎角传感器的动态响应、传感器信号测量转换、输入信号的平滑滤波、传感器位置误差修正、输出信号的平滑滤波、和各环节中的传输延迟。各环节的数学模型给出了信号流中各个环节的典型数学模型形式，可对各个环节的物理过程和信号处理进行数学描述和模拟仿真。本发明可实现对飞行器迎角信号的高精度模拟，提高飞行控制算法设计的效率和可信度，在航空、航天行业中有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，涉及一种可对飞行器迎角信号实现高精度模拟的建模方法。

背景技术

迎角，即攻角，是飞行器机体纵轴与空速方向的夹角。迎角直接决定了飞行器的升力、俯仰/滚转/偏航稳定性和三轴操纵效能，迎角过大时可能导致飞行器失速、失控。因而，在飞行控制中，迎角是最重要的信号之一，不仅用于飞行器的稳定性增强，还用于失速告警、迎角保护等安全关键功能。对迎角信号的高精度模拟是在飞行控制设计中实现以上功能的基础。

当前，国内飞行控制设计中主要使用二阶动态环节代表迎角传感器动态，并使用纯延迟环节反映迎角信号测量的时间延迟，忽略传感器电压滤波、输出信号滤波等其它环节。但随着现代大气数据计算机的性能提升和功能复杂化，大气数据计算机中对迎角信号的滤波、解算环节也更多、更复杂，这些滤波环节导致迎角信号出现大的相位滞后，影响飞行控制中相关功能的设计精度，降低设计效率；严重时甚至导致系统稳定性降低，影响飞行安全。

飞行控制系统设计必须保证安全要求，同时应尽量提高设计精度和效率。这就需要在设计中使用更高精度的迎角信号模型。从信号建模的角度来看，应在设计初期就对迎角信号中的滤波、解算等环节予以系统考虑和评估。

发明内容

本发明的目的是：提供一种迎角信号的建模方法，对传统方法中未考虑，而在现代飞行控制系统设计中非常重要的滤波、解算等真实环节予以考虑，提高对飞行器迎角信号的模拟精度。

本发明的技术方案是：一种飞行器迎角信号的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、建立迎角的信号流模型，包括：飞行器俯仰转动对迎角的影响、飞行器流场干扰对迎角测量的影响、迎角传感器的动态响应、传感器信号测量转换、输入信号的平滑滤波、传感器位置误差修正、输出信号的平滑滤波、和各环节中的传输延迟；

第二步、对第一步中信号流模型中的各个环节，建立其数学模型，具体包括：

a)环节1，为俯仰转动对飞行器迎角的影响，设迎角传感器相对重心的力臂为X，飞行器空速为V_T，俯仰角速率为q，则角速率引起的传感器处来流迎角增量为：Δα＝arctan(V_q/V_T)≈V_q/V_T＝-X·q/V_T；

b)环节2，为飞行器流场干扰对迎角测量的影响，在各个马赫数(Ma)、飞行器构型(Conf)下，风标处的局部气流迎角α₁与来流迎角α_q呈良好线性关系，可表达为：α₁＝k₁α_q+b₁，其中系数k₁和b₁均为Ma和Conf的函数；

c)环节3，为迎角传感器的动态响应，对最常用的风标式迎角传感器，在局部气流迎角α_s作用下，其偏角δ_s的动态响应可用典型二阶环节表示为：其中ω_n为迎角风标的自然频率，ξ为迎角风标的阻尼比；