[发明专利]一种民用客机的飞行高度层改变控制装置及其控制方法

权利要求书

1.一种民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，包括：基于能量管理的发动机油门控制器和基于最小垂速保护的俯仰控制器；

所述基于能量管理的发动机油门控制器，用于将高度指令和速度指令转换为期望能量，并将飞机实时高度和速度转换为实时能量，从而通过控制发动机油门改变实时能量以使得实时能量与期望能量相同；

所述基于最小垂速保护的俯仰控制器，用于飞机在爬升过程出现低头趋势，或者，飞机在下降过程出现抬头趋势时，退出控制飞机空速、切换为控制飞机垂速，等待飞机加速或减速到当前空速与指令空速的差值小于预设阈值时，退出控制飞机垂速、切换为控制飞机空速。

2.根据权利要求1所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，所述基于能量管理的发动机油门控制器，包括：

能量计算单元，用于将高度指令和速度指令转换为期望能量，并将飞机实时高度和速度转换为实时能量；

能量控制单元，用于对实时能量与期望能量的能量差值，进行比例处理和积分处理，得到发动机油门的输出值。

3.根据权利要求2所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，

所述能量计算单元，还用于将高度指令和速度指令转换为期望能量变化率，以及将飞机实时高度和速度转换为实时能量变化率；

所述能量控制单元得到发动机油门的输出的方式为：

对实时能量与期望能量的能量差值进行比例处理和积分处理后得到比例积分通道值，对期望能量变化率与实时能量变化率的变化率差值经增益放大得到阻尼通道值，并对比例积分通道值和阻尼通道值求和作为发动机油门的输出值。

4.根据权利要求3所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，所述能量计算单元所计算出的期望能量、实时能量、期望能量变化率和实时能量变化率分别为：

其中，H_sp为期望高度、V_sp为期望速度、H为飞机高度、V为飞机速度；

所述能量控制单元得到的发动机油门的输出值为：

其中，T_sp为期望油门输出，E_sp为期望能量值，E为实际飞机能量值，dE_sp为期望能量变化率，dE为实际能量变化率；和为控制增益。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，所述基于最小垂速保护的俯仰控制器包括：

空速控制单元，用于生成空速指令；

垂速控制单元，用于生成垂速指令；

最小垂速保护单元，用于飞机选择性的输出空速指令或垂速指令。

6.根据权利要求5所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，所述最小垂速保护单元选择性的输出空速指令或垂速指令，包括：

当飞机在爬升过程出现低头趋势，或者，飞机在下降过程出现抬头趋势时，将输出从空速指令切换为垂速指令，等待飞机加速或减速到当前空速与指令空速的差值小于预设阈值时，将输出从垂速指令切换为空速指令。

7.根据权利要求6所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，所述空速控制单元中设置有空速积分器；

所述空速控制单元断开时，空速积分器置零，所述空速控制单元接通时，空速积分器初始化，并赋值为：

其中，为空速积分器接通瞬间上拍俯仰角指令输出。

8.根据权利要求6所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置，其特征在于，所述垂速控制单元中设置有垂速积分器；

所述垂速控制单元断开时，垂速积分器置零，所述垂速控制单元接通时，垂速积分器初始化，并赋值为：

其中，为空速积分器接通瞬间上拍俯仰角指令输出。

9.一种民用客机的飞行高度层改变控制方法，其特征在于，采用如权利要求1～8中任一项所述的民用客机的飞行高度层改变控制装置执行所述飞行高度层改变控制方法，所述方法包括：

步骤1，执行基于能量管理的发动机油门控制策略，包括：将高度指令和速度指令转换为期望能量，并将飞机实时高度和速度转换为实时能量，从而通过控制发动机油门改变实时能量以使得实时能量与期望能量相同；

步骤2，执行基于最小垂速保护的俯仰控制策略，包括：飞机在爬升过程出现低头趋势，或者，飞机在下降过程出现抬头趋势时，退出控制飞机空速、切换为控制飞机垂速，等待飞机加速或减速到当前空速与指令空速的差值小于预设阈值时，退出控制飞机垂速、切换为控制飞机空速。