[发明专利]一种针对翼尖铰接组合式飞行平台的增稳控制方法

权利要求书

1.包括多个子飞行器的翼尖铰接组合式飞行平台的控制方法，其特征在于包括：

A)初始化步骤，包括给定每个子飞行器的设计参数、分析坐标系及气动力导数，

B)建立飞行力学模型，包括：

将每个子飞行器假设为刚体，建立力和力矩平衡方程，给定铰接约束后得到动力学模型，

采用基于牛顿-欧拉方程建立子飞行器的动力学方程：

其中，r_i＝(x_i,y_i,z_i)，x_i,y_i,z_i为第i飞行器质心相对于惯性坐标系的3个笛卡尔坐标，φ_i,θ_i,ψ_i分别为第i个飞行器的滚转角，俯仰角与偏航角；m_i为第i个飞行器的质量，J_i⁽ⁱ⁾子飞行器惯量矩阵，F_i⁽ⁱ⁾为外力矢量，M_i⁽ⁱ⁾为力矩矢量，右上角(i)表示该矢量表达于第i个子飞行器的机体坐标系中，A^(0,i)为坐标系转换矩阵，D_i为角度坐标导数与机体角速度矢量转换矩阵，

把(3)(4)综合写为：

q_i＝(x_i,y_i,z_i,φ_i,θ_i,ψ_i) (6)，

对于组成的飞行平台的2个连接的飞行器，得到方程组：

A＝diag(A₁,A₂) (8)，

子飞行器之间通过单向铰连接，其约束方程为：

其中，c_ij,c_jj为自质心出发至铰点O_j的体铰矢量，p_j为铰接允许转动的方向矢量，把式(5)(6)综合写为：

Φ(q₁,q₂)＝0 (13)，

引入拉格朗日乘子向量λ确定约束关系，导出动力学的拉格朗日方程为：

其中Φ_q为约束方程关于q的雅克比矩阵，综合式(9)(16)即得到飞行力学方程：

C)计算配平状态，进行线性化处理，包括：

在给定飞行工况下，求上述飞行力学方程，

计算配平状态，在配平状态下对飞行力学方程进行线性化处理，把飞行系统的状态空间方程表征为：

其中x为状态向量，u为输入向量；

D)建立PID控制回路，包括：

建立所述多个子飞行器各自的PID控制回路，其中：

各PID控制回路间无耦合，

所述多个子飞行器各输入相同的期望运动参数，将所述多个子飞行器各自的实际运动参数作为反馈量，形成各自PID控制回路的输入量，经过PID控制回路的解算后形成各自的控制信号，把各自的控制信号输入所述多个子飞行器中的对应子飞行器的控制面，实现对飞行器的稳定控制，

E)设定PID参数，实现稳定控制

在所述多个子飞行器各自的PID控制回路中，分别独立给出PID控制参数，调整比例、积分、微分三类控制参数的大小，以使得飞行平台整体稳定，实现稳定控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

进一步包括在动力学线化处理之后和/或同时在Matlab.Simulink中建立系统方程仿真，且

控制仿真回路包括进行时域响应仿真的部分，用于判断评估稳定控制性能。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

所述步骤D)中，实际运动参数即反馈量被设定为所述多个子飞行器各自的滚转角，反馈回路经过PID控制回路形成操作副翼控制面偏转的控制信号。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

反馈量设定为与铰接自由度一致的自由度，当铰接连接放开子飞行器的相对滚转自由度时，反馈量即为各子飞行器的滚转角；当铰接连接放开子飞行器的攻角自由度时，反馈量即为各子飞行器的俯仰角，

反馈回路经过PID控制器形成控制信号，控制信操作舵面实现对子飞行器的控制操纵，

其中反馈信号与控制面的对应关系为：滚转角反馈-副翼控制面偏转，俯仰角反馈-升降舵控制面偏转，偏航角反馈-方向舵控制面偏转。