[发明专利]一种复合式旋翼飞行器非线性建模及线性化配平方法

权利要求书

1.一种复合式旋翼飞行器非线性建模及线性化配平方法，其特征在于，包括，如下步骤：

(1)分别建立地轴系O_DX_DY_DZ_D、本体系OXYZ、风轴系O_VX_VY_VZ_V、桨轴系O_SX_SY_SZ_S；

(2)选取某一复合式旋翼飞行器为研究对象，采用分体建模方法，将复合式旋翼飞行器分为四个模块，包括旋翼、机翼、机身和涵道风扇，分别进行动力学建模；

(3)在步骤(2)已建立模型的基础上，选取前飞速度作为平衡点，并采用拟牛顿-序列二次规划法对平衡点进行动力学配平，并作小扰动线性化分析，得到复合式旋翼飞行器近似线性化微分方程；所述动力学配平和小扰动线性化分析具体包括以下步骤：

(3.1)将复合式旋翼飞行器动力学配平问题转化为带约束条件的非线性优化问题；

假定复合式旋翼飞行器作定常直线飞行，以此作为线性化的基准运动，此时受的合力和力矩为零：

上述问题转换为带约束条件的非线性优化函数：

式中，约束条件为操纵变量的取值范围，其取值范围可根据复合式旋翼飞行器的配平选取的平衡点确定，

G为复合式旋翼飞行器所受重力，θ分别表示俯仰角、偏航角，X_tot、Y_tot、Z_tot分别表示旋翼、机翼、机身和涵道风扇的在本体坐标系下坐标轴正方向的合力，L_tot、M_tot、N_tot表示旋翼、机翼、机身和涵道风扇的在本体系下坐标轴方向的合力矩，X表示本体系下复合式旋翼飞行器位置矢量；

(3.2)设定初值x⁰＝[0 0 0 0 0 0 0 0]，收敛精度为10^-5，并利用序列二次规划算法求解非线性优化函数最优解d；

(3.3)将最优解d作为拟牛顿迭代算法的迭代初值，同时设定拟牛顿迭代算法精度tol＝10^-20，利用拟牛顿迭代算法求取最优解

其中，A_1s为旋翼横向周期变距，B_1s为旋翼纵向周期变距，为旋翼总距，T为涵道风扇推力矢量，θ_wl为左襟副翼偏角，θ_wr为右襟副翼偏角，θ₁为涵道风扇产生推力与纵对称面夹角，θ₂为涵道风扇产生推力在纵对称面内投影与X轴夹角；

(3.4)根据配平结果，得到复合式旋翼飞行器在各个平衡点的小扰动线性化方程，即函数在平衡点的泰勒级数展开式，并保留一阶部分，得到复合式旋翼飞行器动力学模型在平衡点的线性化微分方程；

式中，ΔX、ΔU分别表示复合式旋翼飞行器飞行系统的12个状态变量增量和8个操纵变量增量，A表示飞行系统的状态矩阵，包含力以及力矩对ΔX偏导数，B表示飞行系统的控制矩阵，包含力以及力矩对操纵输入变量_ΔU的偏导数。