[发明专利]一种飞翼布局无人机筋斗机动控制方法

说明书

本发明公开了一种飞翼布局无人机筋斗机动控制方法，包括以下步骤：1）通过对机动过程动力学分析，确定以角速率控制为主控量，来对筋斗机动控制方法进行确定；2）以基于鲁棒伺服控制理论的俯仰角速率和滚转角速率控制为主，同时保护迎角，机动过程中通过方向舵控制对侧滑角进行抑制，确认筋斗机动控制律。本发明：设计基于迎角保护的俯仰角速率控制律，保证筋斗机动过程中，迎角保持在合适的范围；副翼以滚转角速率为主控量，解决滚转角在俯仰角 经过+90°和‑90°时，滚转角奇异的问题；方向舵用于增稳和侧滑角控制，避免机体侧滑带来的耦合力矩与空速衰减。

技术领域

本发明涉及航空飞行控制技术领域，具体是指一种飞翼布局无人机筋斗机动控制方法。

背景技术

机动飞行是指飞行状态(速度、高度、飞行方向)随时间快速变化的飞行动作，筋斗机动飞行是指飞机在铅垂平面内作轨迹近似椭圆、航迹方向改变的机动飞行360°的机动飞行。

筋斗机动过程中，要求机头方向能跟踪上空速矢量方向，两者匹配从而保证气流不会分离。若机头转动方向过慢，跟不上空速矢量方向，此时迎角为负值，气流分离将对无人机造成巨大扰动；若机头转动方向过快，迅速超越空速矢量方向，此时迎角过大，无人机空速急剧减小，可能带来失速的危险，因此，需要选取合适的纵向控制律，保证筋斗机动过程中迎角保持在安全范围内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免侧滑角带来的空速衰减和力矩耦合，保证机动过程中的稳定性的飞翼布局无人机筋斗机动控制方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种飞翼布局无人机筋斗机动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过对机动过程动力学分析，确定以角速率控制为主控量，来对筋斗机动控制方法进行确定；

(2)以基于鲁棒伺服控制理论的俯仰角速率和滚转角速率控制为主，同时保护迎角，机动过程中通过方向舵控制对侧滑角进行抑制，确认筋斗机动控制律。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤(1)中确定筋斗机动控制方法的具体过程为：在筋斗机动过程中，俯仰角会在[-90°，+90°]之间时刻变化，但俯仰角速率可以是一个定值，因此选取俯仰角速率作为控制变量。在俯仰角经过+90°和-90°时，对于滚转角信号来说是一个奇异点，会有跳变。因此在筋斗机动时，滚转角信号不可用，只能用滚转角速率信号。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤(2)中所述筋斗机动控制律，以俯仰通道和滚转通道角速率回路为主控项的具体方法为：

升降舵通道采用俯仰角阻尼器和基于鲁棒伺服控制理论的俯仰角速率控制结合的控制器，同时加入迎角保护项，防止因机头拉起太快，机头与空速偏转不匹配，造成气流分离；副翼通道采用滚转角阻尼器和基于鲁棒伺服控制理论的滚转角速率控制结合的控制器，机动过程控制滚转角速率为0；方向舵通道用于增稳和侧滑角控制，保证筋斗机动过程中，控制系统对侧滑角的抑制。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述筋斗机动控制律升降舵通道的控制律为：

q_g＝q_ref+K^ΔαΔα

其中，为俯仰角速率，为俯仰角速率给定目标值，为俯仰角速率前馈，为迎角保护项具体为

①α≤AlfL0时，Δα＝AlfL0－AlfL1；

②AlfL0＜αAlfL1时，Δα＝α－AlfL1；

③AlfL1≤α≤AlfH0时，Δα＝0；

④AlfH0＜αAlfH1时，Δα＝α－AlfH0；

⑤α≥AlfH1时，Δα＝AlfH1－AlfH0。