[发明专利]基于信号流图的飞机自动飞控系统滚转姿态控制结构设计方法

摘要

本发明公开了一种基于信号流图的飞机自动飞控系统滚转姿态控制结构设计方法，首先，从飞机侧向运动总的信号流图中近似分离出荷兰滚运动和滚转运动两种模态的局部信号流图；第二，选择积分器数目最少的前向通道作为各自模态的控制传输通道，确定最佳反馈回路以改善阻尼和自然频率特性；最后，将确定的反馈控制回路配置于侧向运动的总体信号流图，确定侧向滚转姿态控制结构。本发明克服了现有技术中根据设计经验选取反馈控制回路导致无法确定自动飞控系统滚转姿态最佳控制结构的不足。

主权项

一种基于信号流图的飞机自动飞控系统滚转姿态控制结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、分别选取r、β、p、φ为飞机侧向运动状态量，ζ、ξ为飞机侧向运动控制量，每个状态量配置一个积分器，按照飞机侧向运动状态方程确定r、β、p、φ状态量的微分表达式，即各积分器输入信号，构成飞机侧向运动的总体信号流图；式中，分别为偏航角速度、侧滑角、滚转角速度及滚转角对时间的导数，N_r、N_β、N_p分别为偏航力矩对偏航角速度、侧滑角及滚转角速度的导数，L_r、L_β、L_p分别为滚转力矩对偏航角速度、侧滑角及滚转角速度的导数，Y_β为侧力对侧滑角的导数，g为重力加速度，V₀为空速，ξ、ζ分别为副翼偏转角与方向舵偏转角，N_ξ、N_ζ分别为偏航力矩对副翼偏转角与方向舵偏转角的导数，Y_ξ、Y_ζ分别为侧力对副翼偏转角与方向舵偏转角的导数，L_ξ、L_ζ分别为滚转力矩对副翼偏转角与方向舵偏转角的导数；S2、以r、β为状态量，ζ为输入量，选择总的信号流图中延迟效应最小(积分器最少)的传输通道近似分离出飞机侧向运动典型荷兰滚模态信号流图，其状态方程形式为S3、从荷兰滚模态信号流图中选择唯一可改善荷兰滚模态阻尼特性的偏航 角速度到方向舵偏转角的反馈控制回路N_r，选择唯一可改善荷兰滚模态特征频率的侧滑角到方向舵偏转角的反馈控制回路N_β；S4、以p、φ和ξ分别为状态量和输入量，选择总的信号流图中延迟效应最小(积分器最少)的传输通道近似分离出飞机侧向运动典型滚转运动模态信号流图，其状态方程形式为S5、从滚转运动模态信号流图中选择唯一可改善滚转运动模态阻尼特性的滚转角速度到副翼偏转角的反馈控制回路L_p，选择唯一可改善螺旋模态稳定性的滚转角到副翼偏转角的反馈控制回路L_φ；S6、将根据侧向近似荷兰滚模态和滚转模态选择的反馈控制回路同时配置于原系统，并令侧滑角指令始终为0，以减小荷兰滚模态与滚转运动模态的耦合作用；令滚转角指令作为自动飞控系统内回路控制的输入。