[发明专利]一种飞行器迎角信号的建模方法

摘要

本发明公开了一种飞行器迎角信号的建模方法，包括飞行器迎角的信号流模型和信号流中各环节的数学模型。其中，信号流模型描述了从飞行器真实迎角到飞行控制使用迎角信号之间的物理过程和处理环节，包括飞行器俯仰转动对迎角的影响、飞行器流场干扰对迎角测量的影响、迎角传感器的动态响应、传感器信号测量转换、输入信号的平滑滤波、传感器位置误差修正、输出信号的平滑滤波、和各环节中的传输延迟。各环节的数学模型给出了信号流中各个环节的典型数学模型形式，可对各个环节的物理过程和信号处理进行数学描述和模拟仿真。本发明可实现对飞行器迎角信号的高精度模拟，提高飞行控制算法设计的效率和可信度，在航空、航天行业中有较高的应用价值。

主权项

1.一种飞行器迎角信号的建模方法，其特征在于：包括以下步骤：/n第一步、建立迎角的信号流模型，包括：飞行器俯仰转动对迎角的影响、飞行器流场干扰对迎角测量的影响、迎角传感器的动态响应、传感器信号测量转换、输入信号的平滑滤波、传感器位置误差修正、输出信号的平滑滤波、和各环节中的传输延迟；/n第二步、对第一步中信号流模型中的各个环节，建立其数学模型，具体包括：/na)环节1，为俯仰转动对飞行器迎角的影响，设迎角传感器相对重心的力臂为X，飞行器空速为V_T，俯仰角速率为q，则角速率引起的传感器处来流迎角增量为：Δα＝arctan(V_q/V_T)≈V_q/V_T＝-X·q/V_T；/nb)环节2，为飞行器流场干扰对迎角测量的影响，在各个马赫数(Ma)、飞行器构型(Conf)下，风标处的局部气流迎角α₁与来流迎角α_q呈良好线性关系，可表达为：α₁＝k₁α_q+b₁，其中系数k₁和b₁均为Ma和Conf的函数；/nc)环节3，为迎角传感器的动态响应，对最常用的风标式迎角传感器，在局部气流迎角α_s作用下，其偏角δ_s的动态响应可用典型二阶环节表示为：其中ω_n为迎角风标的自然频率，ξ为迎角风标的阻尼比；/nd)环节4，为迎角传感器偏角到电位计输出电压的测量转换，设传感器偏角为δ_αs，电位计输出电压为U，则该过程数学模型为：U＝k_U·δ_αs，其中，k_U为电位计偏角到输出电压的转换系数；/ne)环节5，为大气数据计算机的模拟/数字转换，转换过程用纯延迟环节表达，数学模型为：其中τ为延迟时间常数；/nf)环节6，为大气数据计算机对电位计输出电压的平滑滤波，一阶平滑滤波算法模型为：y(n)＝C₀·x(n)+C₁·y(n-1)；其中，y(n)为当前拍输出，x(n)为当前拍输入，y(n-1)为前一拍输出，C₀和C₁为当前拍和前一拍所占的权重系数，要求二者之和为1；二阶平滑滤波算法模型为：y(n)＝C₀·x(n)+C₁·x(n-1)+C₂·y(n-1)+C₃·y(n-2)；其中，y(n)为当前拍输出，x(n)为当前拍输入，x(n-1)为前一拍输入，y(n-1)为前一拍输出，y(n-2)为前两拍输出，C₀、C₁、C₂、C₃为以上各项所占的权重系数，要求四个系数之和为1；/ng)环节7，为电位计电压到偏角的转换，转换关系为：/nh)环节8，为迎角传感器的位置误差修正，设传感器测得的局部气流迎角为α₁，飞行器真迎角为α，修正关系为：α＝k₂α₁+b₂；其中，系数k₂和b₂均为Ma和Conf的函数；/ni)环节9，为真迎角信号的平滑滤波，一阶平滑滤波算法模型为：y(n)＝C₀·x(n)+C₁·y(n-1)，其中各参数定义同环节6；/nj)环节10，为数据总线的传输过程，用纯延迟环节表达，数学模型为：其中τ为延迟时间常数；/n第三步、将以上各环节的输入、输出关系按环节编号依次串联，得到从飞行器真实迎角到飞行控制使用迎角信号的总数学模型，用于飞行控制设计。/n