[发明专利]基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统，其特征在于，包括高压储气瓶(2)、发动机(1)、射流推力矢量装置(8)、滚转环量控制激励器(6)、俯仰环量控制激励器(7)、反向吹气激励器(5)和飞行姿态控制器(10)，所述高压储气瓶(2)通过管路(3)从发动机(1)引气，所述射流推力矢量装置(8)设置在机身尾部，所述射流推力矢量装置(8)包括主流道(13)，所述主流道(13)两侧设置有引气旁路(11)，所述引气旁路(11)连接气腔(11)，所述气腔(12)设置有射流口(14)，所述引气旁路(11)上设置有电磁比例阀(9)，所述射流推力矢量装置(8)与发动机(1)连接，所述发动机(1)喷出气体进入主流道，各个激励器均通过管路与高压储气瓶(2)连接并从高压储气瓶(2)引气，各个激励器与高压储气瓶(2)连通的管路上设置有电磁比例阀(9)，所述飞行姿态控制器与各个电磁比例阀电连接并通过控制电磁比例阀的开合程度进而控制飞行器姿态。

2.根据权利要求1所述的基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统，其特征在于，所述滚转环量控制激励器(6)和俯仰环量控制激励器(7)设置在机翼后缘，所述反向吹气激励器(5)设置在机翼翼梢。

3.根据权利要求2所述的基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统，其特征在于，所述反向吹气激励器(5)设置有射流管道和射流口(14)，所述射流口(14)与射流管道连通，所述射流管道上设置有进气口，气流从进气口(15)进入射流管道从射流口(14)射出。

4.根据权利要求1所述的基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统，其特征在于，所述的飞行姿态控制器包括MPU9250九轴惯性测量单元和主控芯片，所述MPU9250九轴惯性测量单元测量飞机的三轴加速度，三轴角速度和三轴地磁信号并发送给主控芯片，所述主控芯片接收MPU9250发送的数据进行计算得到控制量进而根据控制量控制电磁比例阀开合程度。

5.一种如权利要求1-4任一所述的基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)飞行姿态控制器的主控芯片获取MPU9250传送的数据进行姿态解算得到飞行器当前的姿态角和三轴角速度；主控芯片接收地面遥控指令计算当前姿态角和指令姿态角的误差；主控芯片执行控制算法将姿态角误差转换成PWM控制输出信号并输出到各电磁比例阀；

(2)各电磁阀收来自主控单元相应的PWM控制信号改变阀门的开合程度，各激励器射流的流量在电磁阀控制下发生改变，从而飞机所受到的气动力发生改变，进而飞行的姿态改变；

(3)重复上述步骤(1)和(2)直至飞机姿态达到指令的期望姿态。

6.根据权利要求5所述的基于主动流动控制的飞行器三轴姿态控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述的控制算法包括滚转、俯仰和偏航的三轴姿态角控制和三轴角速度控制，其控制律分别是：

δ_a＝K_φ(φ_g-φ)+K_∫φ∫(φ_g-φ)dt+K_pp

δ_e＝K_θ(θ_g-θ)+K_∫θ∫(θ_g-θ)dt+K_qq

δ_r＝K_ψ(ψ_g-ψ)+K_rr

其中，δ_a、δ_e、δ_r分别滚转、俯仰和偏航姿态控制的输出控制信号；φ_g、θ_g、ψ_g是地面发送的指令期望姿态角；φ、θ、ψ是当前飞机的姿态角；p、q、r是飞机的三轴角速率；K_φ、K_θ、K_ψ、K_p、K_q、K_r是比例系数；K_∫φ、K_∫θ是积分时间常数，滚转、偏航姿态控制信号δ_a、δ_r即滚转环量控制激励器和反向吹气激励器的控制信号；

俯仰姿态控制信号按照环量控制激励器和射流推理矢量的舵效分配给俯仰环量控制激励器和射流推理矢量激励器，即：

δ_ec＝K_cδ_e、δ_FTV＝K_FTVδ_e

其中，δ_ec是俯仰环量控制激励器的控制信号，δ_FTV是射流推理矢量控制信号，K_c、K_FTV是舵效分配常数。