[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

说明书

本发明提供了一种针对翼尖铰接组合式飞行平台的增稳控制方法，翼尖铰接组合式飞行平台在无控条件下无法稳定飞行。在建立飞行力学模型后，通过给每个子飞行器建立独立PID控制回路，调整控制参数实现对整个飞行平台的稳定控制，子飞行器间的控制回路不耦合。仿真分析表明，本发明控制策略实用有效。

技术领域

本发明提供了一种针对翼尖铰接组合式飞行平台的增稳控制方法，属于飞行力学仿真及控制策略设计领域。

背景技术

续航性能是飞行性能的核心组成部分，它直接决定了飞机的活动范围、持久飞行能力和经济性等因素。提高航程和航时一直都是飞机续航性能研究工作的核心和宗旨。多个飞机翼尖铰接复合飞行形成组合式飞行平台是提高飞机续航性能的一种有效方式。如CN102658866A中的平直布局联体飞机，CN103963972A中的翼尖对接并联飞翼无人机系统等。这种飞行器概念的独特性在于不需要其他的辅助机种和配套设施，既能有效降低巡航时的油耗，提高巡航航程和航时，降低飞行器结构重量，同时又能满足执行任务时的机动性和灵活性要求。

现有技术表明，翼尖铰接组合式飞行平台存在与传统飞行器不同的飞行特性，在定直平飞时具有不稳定飞行模态，无法保持稳定。这一特点影响相关类型飞行器的实际应用，而目前还没有针对翼尖铰接组合式飞行平台配平状态稳定飞行的控制方法。

发明内容

本发明提供了一种针对翼尖铰接组合式飞行平台控制方法，实现了对翼尖铰接组合式飞行平台的稳定控制。

根据本发明的一个方面，根据飞行动力学模型给出翼尖铰接组合式飞行平台配平解，在配平解附近对飞行力学方程进行线化处理后得到系统状态空间方程；对组合式飞行平台中的每个子飞行器均建立单独的PID(比例-积分-微分)控制回路，设定PID控制参数实现整体飞行平台的稳定飞行。

根据本发明的一个实施例的针对翼尖铰接组合式飞行平台控制方法包括：

步骤1：计算初始化，包括给定计算分析模型中每个飞行器的设计参数、分析坐标系及气动力导数等信息。

步骤2：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，利用适当的气动力模型给出气动力表达，结合动力学模型得到飞行力学模型；

其中，q为飞机运动状态参数，λ为约束力变量，F为根据飞行力学模型建立的动力学平衡方程。

步骤3：计算配平状态，进行线性化处理，包括给定飞行工况，求解步骤2中的飞行力学方程，计算配平状态，在配平下对飞行力学方程进行线性化处理，稳定性问题在系统线性化状态下求解合理有效，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，A为系统矩阵，B为输入矩阵；

步骤4：给出PID控制回路

对翼尖铰接组合式飞行平台中的每个飞行平台均建立自己的PID控制回路，PID回路间无耦合。其中反馈量设定为与铰接自由度一致的自由度，当铰接连接放开飞行器相对滚转自由度时，反馈量即为各子飞行器的滚转角；当铰接连接放开飞行器攻角自由度时，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号操作舵面实现对飞行器的控制操纵。其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。

步骤5：设定PID参数实现稳定控制