[发明专利]飞行器巡航段时姿态极限环的抑制方法、装置和设备

说明书

本申请涉及一种飞行器巡航段时姿态极限环的抑制方法、装置和设备。所述方法包括：根据预先设计的控制模型，采用半实物仿真技术获取舵机的死区特性；预先设计的控制模型至少包括舵机控制模型；基于舵机位置误差对死区特性进行前馈补偿。本申请实施例提供的是针对舵机控制模型的前馈补偿方式，相较于现有的调整姿态控制算法的方式，无需改变姿态控制阻尼，因而能够避免牺牲快速性和鲁棒性；以及基于舵机跟踪误差信号，能有效地避免现有的舵指令前馈方法中基于舵指令速度信号存在的控制量抖震问题。

技术领域

本申请涉及飞行器姿态极限环的控制领域，尤其涉及一种飞行器巡航段时姿态极限环的抑制方法、装置和设备。

背景技术

巡航飞行是飞行器的主要工作模态。在巡航段，随着燃油消耗姿态角缓慢变化，舵机作为飞行器姿态控制的执行机构，其指令速度变化也非常缓慢。舵机在低速运行时，其内部的摩擦间隙等非线性特性非常显著，响应存在很大的延迟，在外环姿态控制器和内环舵机控制器的作用下容易产生舵偏角和飞行姿态的震荡，即极限环。这种震荡会加剧舵机的损耗，不利于发动机的正常工作，甚至会激发起飞行器的高频模态，从而造成飞行任务的失败。当飞行器处于临界稳定状态时，舵效较高，姿态响应对舵偏角非常敏感，姿态极限环问题尤为严重。因此，找到一种工程上可行的简单高效的解决方法具有十分重要的实际意义。

现有技术中，工程上主要是通过调整姿态控制算法来抑制姿态极限环，即：通过增大姿态控制阻尼(提高角速度反馈增益或者设计超前滞后环节)、加入误差积分反馈(积分控制或者扰动观测器)或舵指令前馈方法来抑制极限环。这些方法都有各自的缺点：提高阻尼虽然能够一定程度上降低极限环的幅值和频率，但会牺牲姿态跟踪的响应速度、提高对噪声的敏感度以及降低系统的鲁棒性；加入姿态误差积分效应虽然能够降低姿态极限环幅值，与此同时却会增加极限环的频率；舵指令前馈方法中，需要使用舵指令的微分信号与理想继电器环节的串联来得到前馈信号，由于舵指令信号中存在噪声，这种形式的补偿会造成前馈信号的频繁抖震。

也就是说，现有技术中的抑制极限环的方式，存在着增大姿态控制阻尼会牺牲快速性和鲁棒性，或基于舵指令的前馈信号中控制量频繁抖震的问题。

发明内容

本申请提供一种飞行器巡航段时姿态极限环的抑制方法、装置和设备，以至少在一定程度上解决现有的抑制极限环的方式中存在的增大姿态控制阻尼会牺牲快速性和鲁棒性以及基于舵指令的前馈信号中控制量频繁抖震的问题。

第一方面，本申请的实施例提供一种飞行器巡航段时姿态极限环的抑制方法，包括：

根据预先设计的控制模型，采用半实物仿真技术获取舵机的死区特性；所述预先设计的控制模型至少包括舵机控制模型；

基于舵机位置误差对所述死区特性进行前馈补偿。

可选的，所述预先设计的控制模型，还包括：姿态控制模型；

所述根据预先设计的控制模型，采用半实物仿真技术获取舵机的死区特性，包括：

根据预先设计的舵机控制模型和预先设计的姿态控制模型，采用半实物仿真技术获取舵机的死区特性。

可选的，所述根据预先设计的舵机控制模型和预先设计的姿态控制模型，采用半实物仿真技术获取舵机的死区特性，包括：

根据预先设计的舵机控制模型和预先设计的姿态控制模型，采用半实物仿真技术，通过舵指令和实际舵偏信号获取舵机的双向死区特性。

可选的，所述根据预先设计的舵机控制模型和姿态控制模型，采用半实物仿真技术获取舵机的死区特性之前，还包括：

设计飞行器的舵机控制模型；

设计飞行器的姿态控制模型。

可选的，所述设计飞行器的舵机控制模型，包括：通过比例微分控制设计飞行器的舵机控制模型；