[發明專利]基于甲板運動補償的艦載機自動著艦引導控制方法

無效

• 申請號: 201110322181.6
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102393641A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 江駒;王新華;甄子洋;楊一棟;周鑫;焦鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種基于甲板運動補償的艦載機自動著艦引導控制方法，其特征在于，包括設置艦母甲板運動預估器和艦母甲板運動補償網絡，

（1）設置艦母甲板運動預估器，用于預估????????????????????????????????????????????????時刻后的艦母甲板運動信息，該艦母甲板運動預估器是利用卡爾曼最優濾波理論推導得到的一組遞推方程，定義甲板沉浮運動位移是艦載機著艦引導控制系統狀態向量的一個分量，狀態向量在時刻的最優估計值為：

??????????????（1）

式中，為變換矩陣，k為時間，?，為預估時間，T_s為系統采樣時間，為最優濾波值，預估時刻的艦母甲板運動位置信息分兩步進行計算:

?利用離散系統卡爾曼濾波方程組，遞推計算k時刻艦載機著艦引導系統狀態的卡爾曼最優濾波值：

???????????（2）

式中，為狀態矢量x從t_k-1時刻轉移到t_k時刻的“狀態轉移矩陣”，為上一時刻最優濾波值；為最優預測值；z_k為t_k時刻的觀測矢量，為時刻的觀測矢量與狀態矢量間的觀測系數矩陣，與兩個矢量是基于離散形式的卡爾曼濾波理論，建立的甲板沉浮運動的離散數學模型，即

其中為時刻狀態矢量，為上一時刻狀態矢量；為時刻的動態噪聲矢量對時刻狀態矢量影響的噪聲系數矩陣，為系統動態噪聲，其方差陣為；為觀測噪聲，其方差陣為；

最優增益矩陣：

???????????????????????（3）

最優濾波誤差協方差陣：

????????????????????????????????（4）

最優預測誤差協方差陣：

????????????????????（5）

式中,?為上一時刻最優濾波誤差協方差陣；為艦載機引導系統動態噪聲的方差陣，為艦載機引導系統觀測噪聲的方差陣；分別表示,,的轉置矩陣，其中狀態轉移矩陣，噪聲系數矩陣及觀測系數矩陣分別為：

?????????????????????????????????????（6）

式中，為系統采樣周期，為甲板運動方程的系統矩陣；=0.36；=0.06；為甲板運動方程的干擾（或控制）矩陣；=0.6，為時間；

?利用公式(1)計算最優估計值

變換矩陣的計算式為

??????（7）

式中，，本發明的艦母甲板運動預估器僅對時刻后的甲板沉浮運動位移信息估計值，按照公式(1)展開得到：

???（8）

由于參數很小，上式近似為

?????????????（9）

式中，為甲板沉浮運動位移的最優濾波值；為甲板沉浮運動速度的最優濾波值；

（2）設置艦母甲板運動補償網絡并用于著艦引導系統與控制系統

艦母甲板運動補償網絡，包括縱向甲板運動補償網絡和側向甲板運動補償網絡，縱向甲板運動補償網絡被施加于艦上引導子系統的縱向導引律中，側向甲板運動補償網絡被施加于艦上引導子系統的側向導引律中；

基于縱向甲板運動補償網絡的艦上引導子系統的縱向導引律

在航母自動著艦引導子系統中的高速通用計算機的導引律計算子模塊中引入艦母甲板運動信息，設置縱向甲板運動補償網絡；

引入縱向甲板運動補償網絡的縱向導引律計算表述式：

以此表達式在高速通用計算機的導引律計算子模塊中，設置縱向引導補償網絡，式中為縱向引導控制律，為比例項增益、為積分項增益、為微分項增益、為二次微分項增益，為高度偏差指令信號，為甲板運動信息經過甲板運動預估器再經過甲板運動補償網絡之后的輸出信號，也稱為甲板運動補償指令，H_com為艦載機參考飛行高度指令信號，H為艦載機實際飛行高度反饋信號，s為復變量，其中系數K_P、K_i、K_d、K_dd、K₀通過艦載機飛行的實際高度反饋信號H對艦載機飛行參考高度指令信號H_com的響應進行尋優獲得；

Hc為縱向甲板運動補償信號，它是縱向甲板運動信號經過縱向甲板運動補償網絡后得到的信號，其中縱向甲板運動信號的表達式為

式中，為甲板的垂直起伏運動位移信號，它是通過甲板運動預估器預估獲得；為甲板的俯仰運動信號，為期望降落點到艦尾的距離，縱向甲板運動補償網絡的傳遞函數表示為

式中，、、為補償網絡參數，可以通過頻率響應法進行設計；

基于縱向導引信號的縱向姿態控制律計算表述式為：

此次表達式在高速通用計算機的導引律計算子模塊中，設置縱向姿態補償網絡，式中為縱向姿態引導控制律，?為俯仰角反饋增益，為俯仰角速率反饋增益，這兩個參數能夠通過根軌跡設計方法來尋優獲得；為艦載機飛行實際俯仰角增量，為艦載機飛行實際俯仰角速率增量；

基于側向甲板運動補償網絡的艦上引導子系統的側向導引律

?????在航母自動著艦引導子系統中的高速通用計算機的導引律計算子模塊中引入艦母側向甲板運動信息，設置側向甲板運動補償網絡；

艦上引導子系統中的側向導引律計算表述式為：

=

式中，為著艦軌跡側向偏離誤差；為期望的著艦軌跡側向偏離；為實際的著艦軌跡側向偏離；為復變量；為側向引導控制律，為比例項增益、為積分項增益、為微分項增益，通過艦載機飛行的實際側向偏離反饋信號對艦載機飛行參考側向偏離指令信號的響應進行尋優獲得；為側向甲板運動補償信號，通過下述計算過程獲得：

式中，為重力加速度，為飛機離航母著艦點的水平距離；為雷達測量軸跟蹤艦體坐標系水平軸的偏擺角；為的微分；為的微分，為的二次微分；

基于側向導引信號的側向姿態控制律計算表述式為：

式中為副翼舵偏角增量；為方向舵偏角增量；為艦載機飛行滾轉角增量；為側向引導控制律；?為艦載機飛行滾轉角速率增量；為偏航角速率增量；為側滑角增量；為迎角基準值，為洗出網絡，為預估時間，、、、、為側向姿態控制參數，可以利用根軌跡設計方法獲得。