[发明专利]垂直起降固定翼飞机过渡过程飞推指令构建方法

说明书

本发明提供了垂直起降固定翼飞机过渡过程飞推指令构建方法，属于垂直起降固定翼飞机导航及控制技术领域，包括建立垂直起降固定翼飞机“垂转平”和“平转垂”过渡过程高度指令轨迹、速度指令轨迹、倾转部件俯仰角指令轨迹三个步骤。三种指令轨迹均基于余弦函数，且倾转部件倾转角以速度为自变量，从而形成指令速度对指令倾转角的闭环反馈。本发明相比于传统线性形式的过渡过程轨迹，更符合系统运动学规律，同时表征了垂直起降固定翼飞机过渡过程倾转角与速度的耦合关系。在实际应用中，本方法不受限于垂直起降固定翼飞机过渡过程的初始状态，可在线实现，同时也不受限于垂直起降固定翼飞机的大小和类型，具有通用性强的特点。

技术领域

本发明属于垂直起降飞机导航及控制技术领域，涉及垂直起降固定翼飞机过渡过程飞推指令构建方法。

背景技术

垂直起降固定翼飞机主要包括尾坐式、倾转旋(机)翼式、推力矢量式等不同构型，该类飞机可以无需跑道垂直起飞，在空中通过将倾转部件倾转90度(对于尾坐式飞机，倾转部件为整机；对于倾转旋(机)翼飞机，倾转部件为可倾转旋(机)翼；对于推力矢量飞机，倾转部件为推力矢量喷管。)，从而由垂直飞行模式转变到水平飞行模式(垂转平，FT)，实现水平速度的增加，完成飞行任务后，再从水平飞行模式转变到垂直飞行模式(平转垂，BT)，实现减速和垂直降落。垂直起降固定翼飞机由于在水平飞行模式由机翼提供的升力来抵消飞机的重力，因此相比于传统可垂直起降的旋翼飞机，其航程大幅增加，从而在物流配送、电力巡检、安全监控、灾后救援等场景中具有极大的应用前景。

但是，垂直起降固定翼飞机在“垂转平”和“平转垂”过渡过程中复杂的动力学特性给其控制带来了很大的挑战，其中之一便是过渡过程的飞推指令构建。目前，常见的过渡过程飞推指令有两种形式：一是线性指令，该方法在工程上简单易行，但其未考虑飞机过渡过程的运动学和动力学特性；二是非线性优化，该方法综合考虑系统动力学、作动器范围和目标函数等约束，但轨迹优化时间较长，从而难以在线求解，且优化算法严重依赖于确定的初始状态，限制了其在工程中的实际应用。

发明内容

针对已有过渡过程飞推指令存在的上述问题，本发明新提出了垂直起降固定翼飞机过渡过程飞推指令构建方法。为实现该目的，本发明采用以下具体技术方案。

S1.建立垂直起降固定翼飞机“垂转平”和“平转垂”过渡过程高度指令轨迹；

S2.建立垂直起降固定翼飞机“垂转平”和“平转垂”过渡过程速度指令轨迹；

S3.建立垂直起降固定翼飞机“垂转平”和“平转垂”过渡过程倾转部件倾转角指令轨迹。

进一步地，所述步骤S1中“垂转平”过渡过程高度指令轨迹为：

其中，是“垂转平”实际初始高度，T^FT是“垂转平”期望过渡时间，Δh^FT是“垂转平”期望高度变化，t是时间变量；

“平转垂”过渡过程高度指令轨迹为：

其中，是“平转垂”实际初始高度，T^BT是“平转垂”期望过渡时间，Δh^BT是“平转垂”期望高度变化，t是时间变量；式(1)和式(2)采用的余弦函数高度指令轨迹，保证了“垂转平”和“平转垂”过渡过程的初始和末态期望竖直速度为0。

再进一步地，所述步骤S2中“垂转平”过渡过程速度指令轨迹为：

其中，是“垂转平”实际初始速度，是“垂转平”期望末态速度，一般地，“平转垂”过渡过程速度指令轨迹为：