[发明专利]民用飞机辅助驾驶控制方法、系统及飞行品质评估方法

说明书

本发明提供了一种民机飞行辅助驾驶控制方法，依据民机的线性参数时变模型，设计基于LPV控制的飞机姿态角辅助控制系统模型；根据LPV控制模型，建立LPV控制模型的内联结构，求解内联结构的飞机LPV模型以及LPV控制器，实现民机飞行辅助控制。同时提供了一种采用上述方法实现的民机飞行辅助控制系统及飞行品质评估方法。本发明运用鲁棒控制方法，针对民机参数大范围变化的情况，有效实现飞机纵向姿态角的高动态跟踪性能以及鲁棒跟踪稳定性能，对于实现大型民用飞机参数大范围变化下的飞行控制有积极借鉴意义，并运用带宽准则和CAP准则进行了民机辅助驾驶系统的飞行品质评估。

技术领域

本发明涉及民机飞行控制技术领域，具体地，涉及一种民用飞机辅助驾驶控制方法、系统及飞行品质评估方法。

背景技术

民用飞机在飞行员误操纵情况下，会是飞机快速变高度变速度飞行，从而使飞行控制系统模型参数大范围变化，采用传统增益预置设计方法，容易出现飞机在非设计工作点飞行时，由于参数偏离工作点而出现较大控制偏差，甚至出现飞行控制系统不稳定情形。为此，需要从整个飞行包线，考虑参数大范围变化条件下，设计飞行控制律。

针对民机模型参数大范围变化的情形，传统的Proportion IntegrationDifferentiation(PID)控制方法虽然具有结构简单，可靠性高的特点，但是其不具备抵抗外界干扰的能力，鲁棒性较差，在飞机模型参数发生大范围变化时，极有可能导致飞机出现失控或失速等情况。

Linear Parameter Varying(LPV)鲁棒控制方法在机械控制领域有着非常广泛的应用。2011年LPV控制方法被应用于三相永磁同步电机的控制器设计过程中，针对三相永磁同步电机中的非线性变量，建立了线性参数时变模型，并在此基础上完成了LPV控制器的设计，实现了对电机电流信号的快速跟踪响应。

LPV鲁棒控制方法也被应用于航空航天领域。2008年运用LPV控制方法，通过建立导弹的线性参数时变模型，实现了导弹的轨迹控制。2012年，针对飞机单发动机失效的特殊情况，建立该情况下的线性参数时变模型，运用LPV鲁棒控制方法解决了飞机单发失效情况下的姿态控制问题。LPV鲁棒控制方法在无人机控制方面也有初步的应用。2018年针对大尺度变参数无人机，运用鲁棒变增益的控制方法，实现了无人机在旋翼出现故障或部分失效的情况下无人机的飞行控制。

综上所述，针对LPV鲁棒控制方法的研究和应用是有一定前景的，但大多是运用于无人机和航天方面，而在民机上的应用主要在故障诊断和估计方面，针对民机在变高度变速度下，模型参数大范围变化的情形研究和运用较少，尤其在变参数下的民机飞行品质评估，目前尚未发现相关的研究工作。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种民用飞机辅助驾驶控制方法、系统设计及其飞行品质评估方法。其中：民用飞机辅助驾驶控制方法是一种针对由飞行高度/速度变化引起的飞机模型参数变化而设计的LPV鲁棒控制方法，适用于飞行员误操纵引起的民机模型参数大范围变化的情况，该方法实现飞机姿态的鲁棒控制，避免因为飞行参数变化而引起的飞机不稳定或失控，进而提高飞机安全性，从而为实现大型民用飞机的辅助驾驶提供技术支撑，具有十分重要的意义；同时，对采用该民机辅助驾驶飞行控制方法实现民机辅助驾驶的民用飞机辅助驾驶控制系统进行飞行品质评估，以验证该控制方法的可行性和适用性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种民机飞行辅助驾驶控制方法，该方法基于Linear parameter varying(LPV)控制模型，结合民机的线性参数时变模型，建立基于LPV控制的飞机姿态角辅助控制系统模型为：