[发明专利]一种垂直/短距起降飞机飞行控制方法

说明书

本发明提出了一种垂直/短距起降飞机过渡过程控制方法，其特征包括模型线性化、计算期望力矩、消元、使用最速下降法进行优化等计算步骤，通过设计最优化目标与执行器罚函数，在优先控制姿态的前提下，使飞机水平加速(或减速)最大，并使转角以最快速度趋向于期望数值，从而以最快的速度完成过渡过程控制。该方法通过最速梯度下降方法，全面考虑执行器执行能力，可以以较短的时间和平稳的姿态完成过渡过程。同时，在机载计算机上运行时，该方法具有迭代次数少、计算量小的优点，可以在计算能力一般的飞控计算机上部署。

技术领域

本发明涉及垂直/短距起降飞机飞行控制方法，属于飞行控制技术领域。

背景技术

垂直/短距起降飞机是指能够垂直或者在很短距离着陆和起飞的固定翼飞机。该类飞机兼 顾了固定翼飞机高效的气动效率和传统旋翼飞机起降灵活的特性，在军事、民用上有广泛的 应用。垂直/短距飞机具有低速悬停、高速巡航和过渡过程三种飞行状态。其中过渡过程因要 经历较大的速度变化，整个受控对象呈现强耦合强非线性的特点，给控制方法带来了很大的 挑战。传统的控制方法很难在轨迹控制质量、计算量和存储量方面保持平衡，从而难以取得 满意的控制效果。

目前，垂直/短距起降飞机的过渡过程控制方法主要有增益预置法、鲁棒控制法、统一速 度控制法、动态逆控制法等。这些控制方法难以在考虑执行器执行能力的情况下，同时兼顾 过渡过程时间和过渡过程的轨迹质量。最后，在控制过程中往往需要对高维度的矩阵进行求 逆运算，计算和存储开销大，不适于机载计算机实时处理运算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鲁棒性好、计算量小的垂直/短距起降飞机飞行控制方法。垂 直短距飞机的过渡过程具有强耦合、强非线性的特点，而过渡过程控制的重点在于控制前向 速度和角度。例如对于倾转旋翼飞机来讲，起飞过渡过程(由悬停转平飞)过渡过程主要目 标是完成向前加速和机翼倾转角从90度到0度的变化。推力矢量垂直短距飞机的起飞过渡过 程目标是完成前向加速和三轴承推力矢量喷管转角从90度到0度的变化。而尾座式飞机的过 渡过程目标是完成前向加速和俯仰角从90度到0度的变化。故对于过渡过程而言，优化目标 函数如下：

J＝-ρ₁F_x+ρ₂δ_N

其中F_x为向前推力，δ_N为待优化角度，ρ₁和ρ₂均为可调参数。对于起飞过渡过程来讲， 控制量应当使得J越小越好，反之亦然。为了在优化轨迹过程中充分考虑执行器的动态，若 假设第i个执行器的极限位置为P_i,l，P_i,h，极限速度为R_i，带宽为ω_i。则每步执行器变化量 必须满足：

P_i,l-u_i⁽⁰⁾≤Δu_i≤P_i,h-u_i⁽⁰⁾

-R_i/ω_i≤Δu_i≤R_i/ω_i

为了在优化目标函数中考虑执行器约束，可考虑如下罚函数：

c_i^p＝1/(P_i,h-u_i⁽⁰⁾-Δu_i)+1/(Δu_i+u_i⁽⁰⁾-P_i,l)

c_i^r＝max(0,Δu_i²-(R_i/ω_i)²)