[发明专利]一种柔性无人机抗侧风飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种柔性无人机抗侧风飞行控制方法，包括以下步骤：S1.建立柔性飞行器的飞行动力学方程；S2.采用二阶系统来模拟舵机的反应，建立舵机模型:选取Von Karman紊流模型，建立侧风模型；将状态空间形式的包含弹性模态的飞行动力学模型、舵机模型耦合，得到柔性无人机飞行动力学模型；S3.设计满足飞行品质要求、具有扰动抑制能力的静态输出反馈参数；S4.利用静态输出反馈参数，构造包含弹性模态的柔性无人机飞行动力学高阶系统的开环回路，设计外环回路成形控制器。本发明可以得到无人机阵风响应，为柔性无人机的抗侧风飞行控制提供了较为准确的依据。

技术领域

本发明无人机技术领域，具体涉及一种柔性无人机抗侧风飞行控制方法，用于侧风环境下，柔性无人机飞行控制。

背景技术

无人机是现代高科技战争中必不可少的重要武器，是打赢战争执行重大任务的有力工具，已发展成各军事强国竞相发展的热点。在民用领域如灾害监测与应急响应、地球遥感，无人机正发挥着重要作用。近年来，大展弦比远程无人机和新能源超长航时无人机已经成为研究的热点。

大展弦比远程无人机机翼柔性特征明显，无人机结构柔性增加使结构的低阶频率与刚体运动频率更加接近；在空中飞行时，尤其是穿越山区等复杂地形环境上空或者在气象条件恶劣的环境下时，经常会遇到各种严重的大气扰流，尤其横向侧风的影响，增加飞机的动态结构载荷。因此，在设计控制系统时，使用单一的动力学模型和目标难以满足性能需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种柔性无人机抗侧风飞行控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种柔性无人机抗侧风飞行控制方法，包括以下步骤：

S1.建立柔性飞行器的飞行动力学方程：

利用小扰动假设在平衡点附近线化，得到柔性飞行器的飞行动力学方程线化模型如下：

其中，x为状态量，u为输入，y为观测输出；B为输入矩阵；C为输出矩阵；系统矩阵A为

其中，A_r为刚体无人机飞行动力学模型中的系统矩阵，A_e为柔性无人机飞行动力学模型中的系统矩阵；

S2.采用二阶系统来模拟舵机的反应，建立舵机模型:选取Von Karman紊流模型，建立侧风模型；将状态空间形式的包含弹性模态的飞行动力学模型、舵机模型耦合，得到柔性无人机飞行动力学模型；

所述步骤S2中，采用二阶系统来模拟舵机反应的过程中，二阶系统传递函数如下：

其中，下标d表示舵机，K_d，ε_d，ω_nd为舵机传递系数参数，G_d(s)是舵机传递函，s为舵机响应时间的拉普拉斯变换。

选取Von Karman紊流模型，建立的侧风模型如下：

其中，L_w是侧风尺度，ω是时间频率，Φ_ww(ω)是时间侧风频谱，α是侧风强度，σ_w＝1.339，V是侧风速度。

将状态空间形式的包含弹性模态的飞行动力学模型、舵机模型耦合，得到柔性无人机飞行动力学模型的过程如下：

将状态空间形式的柔性无人机飞行动力学模型、侧风模型、舵机模型耦合，得到侧风条件下柔性无人机状态空间方程，如下所示：