[发明专利]一种飞机Herbst机动控制方法

摘要

本发明提供了一种飞机Herbst机动控制方法，所述方法基于动态逆思想，设计的控制器包括外环航迹控制器与内环姿态控制器，外环航迹控制器计算实现设定机动航迹的迎角指令、侧滑角指令、绕速度矢滚转角指令以及控制飞机速度的发动机推力指令，内环姿态控制器通过操纵飞机气动舵面以及推力矢量控制飞机的迎角、侧滑角与绕速度矢滚转角。采用本方法得到了外环航迹控制器的解析表达式，其中迎角指令控制器具有PID控制器中的I控制器形式，避免了复杂的数值计算，同时可以调节控制指令求解精度，更加适用于工程领域的飞机Herbst机动控制器设计。

主权项

1.一种飞机Herbst机动控制方法，所述的方法涉及的装置包括：航迹指令生成器、外环航迹控制器、内环姿态控制器、传感器和飞机平台；所述的航迹指令生成器输入航迹指令信号至外环航迹控制器；所述的外环航迹控制器结合传感器测量的飞机平台的速度、航迹倾角和航迹方位角信号，计算发动机油门、迎角、侧滑角与绕速度矢滚转角指令；所述的发动机油门指令传送至飞机平台；所述的迎角、侧滑角和绕速度矢滚转角指令传送至内环姿态控制器，内环姿态控制器再结合传感器测量的飞机平台的迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角和角速度信号，计算气动舵面与推力矢量偏转指令传送至飞机平台，飞机平台进行Herbst机动飞行；其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：a.航迹指令生成器输入Herbst机动航迹指令至外环航迹控制器，其中、与分别代表速度指令、航迹倾角指令与航迹方位角指令；b.外环航迹控制器利用传感器测量的飞机平台当前时刻的速度、航迹倾角、航迹方位角三个值，根据设定的Herbst机动航迹，按下述步骤计算控制指令，将控制指令发送至内环姿态控制器，将控制指令发送至飞机平台，其中、、与分别代表迎角控制指令、侧滑角控制指令、绕速度矢滚转角控制指令与发动机油门控制指令；b1.计算速度、航迹倾角与航迹方位角的期望闭环动力学特性其中，、与为控制增益；b2.设置侧滑角控制指令为=0，计算绕速度矢滚转角控制指令；b3.计算变量、：通过传感器测量动压，采用后差求导方法或多项式拟合求导方法计算变量、与动压的近似导数、与；b4.计算迎角控制指令：其中，参数为积分初值，对角参数矩阵的元素计算为代表函数的绝对值，关于参数、、，、用于调控方程求解初始阶段的过渡过程，、用于控制方程的求解精度；为升力，为动压，为飞机参考面积；b5.计算发动机油门指令；c.内环姿态控制器利用传感器测量的飞机平台当前时刻的迎角、侧滑角、绕速度矢滚转角与角速度信号，根据外环航迹控制器发送的指令，计算气动舵面偏转指令与推力矢量偏转指令，并将这些指令发送至飞机平台，与计算式为其中，为飞机惯量张量，、分别为慢回路与快回路增益矩阵，、与可通过飞机上的过载、速度等测量量求解，、与分别为舵面偏角为零时飞机受到的滚转、俯仰与偏航力矩，，为舵面操纵导数矩阵，表示通过链式法则确定的矩阵的广义逆；d.飞机平台接收外环航迹控制器发送的油门指令与内环姿态控制器发送的气动舵面偏转指令、推力矢量偏转指令，进行Herbst机动飞行；e.重复步骤a~d，直至飞机平台完成Herbst机动。