[發明專利]基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法

在審

• 申請號: 201810310582.1
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108595790A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 王玉惠;馮星凱;吳慶憲;張曉輝;陳謀;侯思遠;李云鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，包括如下步驟：(1)建立高超聲速飛行器姿態動態方程；(2)針對高超聲速飛行器飛行特點，提出基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法；(3)將步驟(2)給出的基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法應用于步驟(1)建立的高超聲速飛行器姿態動態方程，得出狀態與輸入之間的動態耦合關系；(4)利用步驟(3)得出的姿態模型中狀態與輸入之間的動態耦合關系，設計高超聲速飛行器姿態協調控制器。本發明從系統動態方程入手，得出的耦合關系矩陣為非線性的、動態的，更加全面客觀的反應實際飛行狀態下的耦合情況。

技術領域

本發明涉及航天控制技術領域，尤其是一種基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法。

背景技術

一般認為，大于5M_a速度飛行的飛行器稱為高超聲速飛行器，具有“占領空天”的優勢，是目前世界各軍事大國積極投入研究的重要技術領域之一。但由于其飛行環境嚴峻，非線性特性復雜，且其內部變量存在著嚴重的非線性耦合，大大增加了飛行控制的難度，甚至威脅到飛行安全。因此，為提高飛行品質，研究高超聲速飛行器各變量之間的耦合特性，并在此基礎上設計協調控制系統應對耦合問題成為研究的熱點和難點。目前，一些學者和研究機構都針對飛行控制問題做了深入的研究，但對于耦合性問題的關注不夠。現有的耦合關系描述多為線性且在整個飛行階段保持定值，不能客觀全面地反映飛行器變量間復雜的耦合關系，必然會降低飛行協調控制的性能。為此，為提高高超聲速飛行器協調控制的效果，有必要尋求一個能反映變量間耦合關系的動態耦合分析方法，并基于該耦合分析設計飛行協調控制器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，從系統動態方程入手，得出的耦合關系矩陣為非線性的、動態的，更加全面客觀的反應實際飛行狀態下的耦合情況。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法，包括如下步驟：

(1)建立高超聲速飛行器姿態動態方程；

(2)針對高超聲速飛行器飛行特點，提出基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法；

(3)將步驟(2)給出的基于動態方程的高超聲速飛行器耦合分析方法應用于步驟(1)建立的高超聲速飛行器姿態動態方程，得出狀態與輸入之間的動態耦合關系；

(4)利用步驟(3)得出的姿態模型中狀態與輸入之間的動態耦合關系，設計高超聲速飛行器姿態協調控制器。

優選的，步驟(1)中建立的高超聲速飛行器姿態動態方程如下：

其中Ω＝[α,β,μ]^T,α,β,μ分別為攻角、側滑角和滾轉角；ω＝[p,q,r]^T,p,q,r分別為滾轉角速率、俯仰角速率和偏航角速率；δ＝[δ_e,δ_a,δ_r]^T,δ_e,δ_a,δ_r分別為升降舵、副翼舵和方向舵的舵偏角，參數陣g_ω,g_Ω,g_δ,A_Ω,B_δ,f_ω的具體表達式如下：

其中V為飛行器速度，M為高超聲速飛行器的質量，g為重力加速度，其大小與飛行高度有關；I_xx，I_yy，I_zz為沿x，y，z軸的轉動慣量；為動壓；S為機翼參考面積；c為平均氣動弦長；X_cg為質心到參考力矩中心的距離；