[发明专利]高超声速飞行器姿态耦合控制方法

权利要求书

1.高超声速飞行器姿态耦合控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将飞行器运动分解为纵向运动和横航向运动；所述纵向运动为飞行器俯仰方向运动；横航向运动包括飞行器滚转方向运动和偏航方向的运动；

步骤二、建立高超声速飞行器的8阶运动方程；并根据8阶运动方程建立运动耦合分析简化模型；8阶运动方程为：

式中，V为飞行器速度；

α为攻角；

q为俯仰角速度；

θ为俯仰角；

β为侧滑角；

φ为滚转角；

p为滚转角速度；

r为偏航角速度；

D为阻力；

m为飞行器质量；

Y为侧向力；

L为升力；

g为重力加速度；

M_A为俯仰力矩；

L_A为滚转力矩；

N_A为偏航力矩；

为求微分；

I_x为x方向的转动惯量；x方向为飞行器滚转方向；

I_y为y方向的转动惯量；y方向为飞行器俯仰方向；

I_z为z方向的转动惯量；z方向为飞行器偏航方向；

I_xz为相对x方向和z方向质量分布的惯性积；

步骤三、判断运动耦合分析简化模型是否为有利耦合；当为有利耦合，不做处理；当为非有利耦合，确定第一耦合因子K₁；判断运动耦合分析简化模型是否为有利耦合的方法为：

建立运动耦合衡量方程组：

式中，C_kine-α1为判断是否有利耦合的第一变量；

C_kine-β1为判断是否有利耦合的第二变量；

当C_kine-α1和C_kine-β1均为正数时，为有利耦合；否则为非有利耦合；

步骤四、计算步骤二中的8阶运动方程的第一特征根λ₁和第二特征根λ₂；对比第一特征根λ₁和第二特征根λ₂；根据对比结果确定第二耦合因子K₂；

步骤五、通过第一耦合因子K₁和第二耦合因子K₂对8阶运动方程进行反馈补偿。

2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器姿态耦合控制方法，其特征在于：所述的步骤二中，建立运动耦合分析简化模型的方法为：

S1、令α＝30°、V＝5240m/s、p＝50°/s；令θ、β、φ、q和r均为0；将上述8个参数值作为8阶运动方程的积分起点，对8阶运动方程积分30s；

S2、选取公式(2)和公式(5)；将积分后公式(2)的等号左边与等号右边对比；将积分后公式(5)的等号左边与等号右边对比；去除多余项，得到运动耦合分析简化模型。

3.根据权利要求2所述的高超声速飞行器姿态耦合控制方法，其特征在于：所述S2中，去除多余项的具体方法为：

将积分后公式(2)的等号左边与等号右边对比，当等号右边各参数随积分变化的变化趋势与在同一量级或以上量级，则保留该参数，否则认为是多余项，令其为0；

将积分后公式(5)的等号左边与等号右边对比，当等号右边各参数随积分变化的变化趋势与在同一量级或以上量级，则保留该项，否则认为是多余参数，令其为0；

得到运动耦合分析简化模型：

4.根据权利要求3所述的高超声速飞行器姿态耦合控制方法，其特征在于：所述步骤三中，计算第一耦合因子K₁的方法为：

第一耦合因子K₁为滚转角到升降舵的反馈系数。