[发明专利]一种分布式电推进飞机偏航的控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种分布式电推进飞机偏航的控制方法及系统。基于分布式电推进飞机的线性状态空间模型，飞机在接收到来自空管中心的偏航指令后，针对偏航目标角度，飞行控制计算机采用模型预测控制算法实施对飞机的航向姿态控制，实现各个推进器的最优推力分配，使实际偏航角度尽可能跟随偏航目标角度。通过模型预测控制算法，沿飞机对称平面对称分布的推进器提供差动推力来实现纯动力偏航，或由推进器及飞机的操纵舵面共同作用实现混合动力偏航。本发明控制可以提高系统容错性，为飞机偏航实现提供了更多可能。

技术领域

本发明属于飞机偏航控制技术领域，具体涉及一种分布式电推进飞机偏航的控制方法及系统。

背景技术

传统飞机通过操纵机身表面的升降舵、方向舵及副翼三个舵面来控制飞机的六个自由度，从而实现姿态控制，形式较为单一；此外由于飞机本身运动方程存在耦合现象，实施航向姿态控制时需要多个舵面的相互配合。当飞机出现系统故障如操纵舵面失效，机身受到物理破坏时加大了对飞机姿态的控制难度。近些年来随着航空电气化的推动，分布式电推进飞机受到了广泛关注，得到了持续快速发展。

对于分布式电推进飞机的姿态控制来说，除了操纵三个舵面，推力可成为另外的可操纵量。由于响应速度快、输出转矩可精确测量的特点，通过控制电动机来实现推力控制可使系统更加高效。经对现有技术的公开文献检索及公开资料调研，目前利用电推进器的推力控制分布式电推进飞机实现动力偏航的控制策略研究很少，且这些研究未充分考虑整体分布式电推飞机的动力学模型，并未实现对推进器推力的最优控制。

由于飞机机械结构、飞行稳定性、乘客舒适性等因素的制约，飞行控制问题常常包含各种等式及不等式约束。因此需要寻找一种能够充分处理约束的控制策略，来实现飞机航向控制过程中电推进器的最优推力分配。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式电推进飞机偏航的控制方法及系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种分布式电推进飞机偏航的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，空管中心发出偏航指令后，飞行控制计算机接收到偏航目标信息，针对偏航目标角度，飞行控制计算机采用模型预测控制算法实施对飞机的航向姿态控制；

步骤2，模型预测控制算法基于飞机六自由度线性状态空间模型计算分布式电推进飞机的最优偏航方案；模型预测控制算法根据推进器及飞机的性能指标施加控制约束与状态约束；

步骤3，按计算值对各推进器的推力及升降舵、方向舵、副翼的偏转角度进行调整。

进一步的，飞机六自由度线性状态空间模型按照以下步骤建立：

基于小扰动原理，对飞机运动方程线性化，建立常规飞机的六自由度线性状态空间模型：

其中，状态量x＝[ΔV Δβ Δα Δp Δq Δr Δφ Δθ Δψ]^T，V为飞行速度、β为侧滑角、α为迎角、p为滚转角速度、q为俯仰角速度、r为偏航角速度、φ为滚转角、θ为俯仰角、ψ为偏航角；控制量u＝[Δδ_e Δδ_a Δδ_r]^T，δ_e为升降舵偏转角、δ_a为副翼偏转角、δ_r为方向舵偏转角；输出量y＝Δψ；

建立推进器的动力学模型：

建立输入量包含电推进器推力的飞机六自由度线性状态空间模型：

其中