[发明专利]一种飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法

说明书

本发明公开了一种飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法，包括如下步骤：1）控制系统的执行机构分析；2）舵机非线性特性对飞控系统性能的影响分析；3）舵机噪声及环境特性参数变化对飞控系统性能的影响分析；4）舵机系统技术要求的确定；5）舵系统时频域特性与飞行控制系统性能的匹配性研究。这种方法充分考核飞行器在全空域飞行过程中，各种耦合情况下的工作状态和飞行试验数据，实现对飞行试验飞行器的全面考核与综合设计，尤其是执行机构是否满足飞行要求，对飞行器在特定情况下的各种不稳定，从执行机构角度给出原因分析与设计改进的方向，促进了算法设计工作的开展和执行机构的研发，对于加速飞行器研制进度具有明显的意义。

技术领域

本发明涉及飞行器控制系统设计技术，具体是一种飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法。

背景技术

现代高性能飞行器飞行控制系统，通常要求动态响应快、超调量小，且干扰抑制能力强。要达到这些要求，飞行器的执行机构如何与飞行控制系统进行适配是需要重点研究的内容。执行机构是飞行器结构的组成部分，也是其控制系统的主要硬件设备，飞行控制系统对执行机构的时域和频域要求很高，因为它的性能不仅影响飞行器控制系统的频率特性，同时还影响控制面气动弹性的动态颤振与静态发散，研究飞行控制系统带宽、执行机构带宽与一次弹性振型频率之间的相互关系等飞行器控制系统与执行机构适配性分析,对保证飞行器的控制性能和总体性能有着重要的作用。尤其在飞行器大攻角飞行阶段，飞行器倾斜通道受到很强的诱导滚转以及耦合干扰力矩影响，控制难度增加，什么性能的执行机构才能满足飞行控制系统的要求更加需要提前设计。

国内外飞行器控制系统设计领域中，均未见有关飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法的相关报道及应用情况介绍。

因此提出了一种飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法，用以完成对飞行器控制系统或自动驾驶仪如何对执行机构提出要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法。这种方法可以充分考核飞行器在全空域飞行过程中，各种耦合情况下的工作状态和飞行试验数据，实现对飞行试验飞行器的全面考核与综合设计，尤其是执行机构是否满足飞行要求，对飞行器在特定情况下的各种不稳定，从执行机构角度给出原因分析与设计改进的方向，还可以促进算法设计工作的开展和执行机构的研发，对于加速飞行器研制进度具有明显的意义。

实现本发明目的的技术方案是：

一种飞行器控制系统与执行机构适配性分析方法，包括如下步骤：

1)控制系统的执行机构分析：

控制系统的执行机构，作为飞行器控制系统的主要硬件设备，控制系统对它的时域和频域要求很高，因为它的性能不仅影响飞行器控制系统的频率特性，同时还影响控制面气动弹性的动态颤振与静态发散，因此必须研究稳定回路带宽、执行机构带宽与一次弹性振型频率之间的相互关系；

执行机构频域特性分析方法，将飞控系统稳定回路部件，即执行机构、结构滤波器和速率陀螺看成一个相位迟后环节，其在幅值裕度处达到90度相移，根据角速率开环回路的幅相稳定裕度分别为G_m、限制，得到等效驱动器的频率特性要求：

(1)根据幅稳定裕度限制条件确定的频率特性要求；

(2)根据相稳定裕度限制条件确定的频率特性要求；

其中，等效驱动器频率参数ω_a与舵系统频率ω_pn和一阶弹性振型频率ω_n的简单关系式为：由此得出对舵系统的频率要求，即在不考虑结构滤波器的情况下等效驱动器的带宽即为执行机构带宽，即90度相移；

2)舵机非线性特性对飞控系统性能的影响分析：

2.1)舵机非线性特性模型：