[发明专利]一种基于四元素的运动模型驱动方法

权利要求书

1.一种基于四元素的运动模型驱动方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：构建平台实体基于性能数据的特征信息；

平台实体，包括固定翼飞机、直升机、地面实体平台、水陆两栖实体平台、潜艇和舰船；

提取运动平台在纵向、法向、速度、俯仰、滚转、高度和航程的性能特征参数，以此构建平台实体的运动性能数据信息描述表，如表1所示：

表1基于性能数据的特征信息

步骤二：建立平台实体驱动控制指令模型；

a)驱动控制通道指令；

平台实体驱动控制系统各通道的指令描述信息如表2所示：

表2平台实体驱动控制通道的指令

b)速度轴

所有平台实体都具备速度轴的驱动控制能力，

速度轴的控制特点：一是受平台实体能源限制，当平台实体无能源供给时，平台实体没有前向驱动能力，当平台实体具有能源供给时，则能够产生前向驱动能力；二是前后驱动能力不对称，前向驱动能力由发动机提供，后向驱动能力由刹车提供，速度轴的驱动与控制模型为：

当无动力供给时：n_tC＝0，欲加速时：n_tC＝δ_ntn_xmax，欲减速时，n_tC＝δ_ntn_xmin；

式中，n_tC表示切向过载控制量，δ_nt表示切向过载控制系数，n_xmax表示最大切向过载，n_xmin表示最小切向过载；

c)俯仰轴

飞行器平台实体具备俯仰轴的驱动控制能力；

在飞行器中，除直升机以外，固定翼飞机和潜艇在没有速度时，没有法向控制力，不考虑速度为零情况下的俯仰角轴的驱动控制能力，速度大于零时俯仰轴的控制模型如下：

式中，n_nC为法向控制量，δ_nn为法向过载控制系数，n_ymax为最大法向过载，俯仰轴控制角，γ_C为滚转轴控制角；

d)滚转轴

飞行器平台实体具备滚转轴的驱动控制能力；

除直升机以外，固定翼飞机和潜艇在没有速度时，没有滚转轴控制能力，速度大于零时俯仰轴的控制模型如下：

式中，为滚转轴角控制速率，δ_roll为滚转轴角控制系数，p_max为最大滚转角速率；

e)偏航轴

所有平台实体都具备偏航轴，速度大于零时偏航轴的控制模型如下：

式中，为偏航轴角控制速率，δ_yaw为偏航轴角控制系数，r_max为最大偏航角速率；

f)直升机俯仰轴

直升俯仰轴的控制模型如下：

式中，n_xC为俯仰轴过载控制量，δ_nC为法向过载控制系数；

g)直升机侧向轴

直升机侧向轴的控制模型如下：

式中，n_zC为侧向轴过载控制量，δ_nC为法向过载控制系数；

步骤三：建立平台实体动力学方程；

采用三自由度建模方法，使用定义于速度坐标系的动力学方程，将物体的运动分为如下三个自由度：速度，即速度向量的模值；轨迹角，即速度向量与水平面的夹角；轨迹偏航角，即速度向量在水平面内的投影与正北方向的夹角；

速度的动力学方程的模型为：

式中，表示速度变化率，g为重力加速度，n_t表示切向过载，θ表示轨迹角；

速度的动力学方程变为：

式中，v_max表示最大速度；

轨迹角动力学方程为：

式中，表示轨迹角变化率，γ_s为轨迹滚转角，v表示当前速度；

在小于200km的小航程范围内，轨迹偏航角动力学方程为：

式中，表示轨迹偏航角速率，n_zC为侧向轴过载控制量；

在大于等于200km的大航程运动中，因为有导航系统的参与，实现大圆运动；

步骤四：建立平台实体运动学方程；

平台实体运动学方程采用基于地轴系的运动学方程，北向运动方程为：

式中，表示北向运动距离变化率，v当前速度，θ轨迹角，ψ_s轨迹偏航角；

海拔高度变化率方程为：

式中，表示海拔高度变化率；

东向运动学方程为：

式中，表示东向运动距离变化率；

纬度变化率方程为：

式中，表示纬度变化；

经度变化率方程为：

式中，表示经度变化率，表示当前纬度，R_e表示地球平均半径；

步骤五：平台实体运动状态信息输出；

经过步骤一至步骤四的建模计算，得到平台实体在当前仿真时间的运动状态信息。