[發明專利]一種復合式旋翼飛行器過渡飛行模式控制分配方法

在審

• 申請號: 201810584613.2
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109002575A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 鄭峰嬰;劉龍武;程月華;董敏;陳之潤;陳志明;華冰
• 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;G06N3/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種復合式旋翼飛行器過渡飛行模式控制分配方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、復合式旋翼飛行器控制系統根據飛行控制律計算并輸出直升機模式和固定翼模式相互切換時過渡過程的舵面虛擬控制指令，包括：俯仰角θ_c、偏航角和滾轉角φ_c；

步驟二、根據舵面虛擬控制指令θ_c、φ_c和復合式旋翼飛行器的油門開度氣動舵面δ₁＝[A_1s,B_1s,θ_wr,θ_wl,θ₁,θ₂]特性，采用賦權系數混合多目標優化控制分配方法計算復合式旋翼飛行器模式切換過渡過程中分配的控制信號，該控制信號包括以下操縱變量：

橫向周期變距A_1s、縱向周期變距B_1s、總距右襟副翼偏角θ_wr、左襟副翼偏角θ_wl、推力矢量T、推力矢量與機體坐標系下XOY面夾角θ₁和推力矢量在水平面投影與X軸的夾角θ₂；

步驟三、將步驟二計算得到的控制信號發送給執行機構，執行機構操縱復合式旋翼飛行器的氣動舵面δ₁和油門開度δ₂，實現復合式旋翼飛行器過渡過程的控制；

步驟四、實時檢測復合式旋翼飛行器的位置X、Y、Z，速度u、v、w，姿態角θ、ψ和姿態角速度p、q、r，重復步驟一至四。

2.根據權利要求1所述的復合式旋翼飛行器過渡飛行模式控制分配方法，其特征在于，

步驟二所述的賦權系數混合多目標優化控制分配方法包括如下步驟：

步驟2.1、分析舵面操縱特性，并依據舵面操縱特性設定各舵面分配的控制信號的約束條件和權系數矩陣的取值范圍；

步驟2.2、選取控制誤差和權系數作為優化目標，構造帶約束條件的混合多目標優化函數；

步驟2.3、利用改進的粒子群算法，處理復合旋翼飛行器舵面耦合、非線性特性，求混合多目標優化函數最優解，得到復合式旋翼飛行器各舵面的控制信號。

3.根據權利要求2所述的復合式旋翼飛行器過渡飛行模式控制分配方法，其特征在于，

步驟2.1中所述的控制信號的約束條件為：

式中，B為操縱效率矩陣；u＝[δ₁,δ₂]，包含復合式旋翼飛行器控制分配輸出的各操縱變量；為各操縱變量變化速度；

步驟2.1中所述的設定權系數矩陣的取值范圍為：

選取以效率最優作為目標的過渡飛行模式，將各舵面的權重系數轉化為同一數量級，設定約束條件∑w_i＝1，其中，w_i為各操縱變量的權重系數。

4.根據權利要求3所述的復合式旋翼飛行器過渡飛行模式控制分配方法，其特征在于，

步驟2.2具體為：

1)、以操縱變量偏轉誤差為優化目標：

minJ＝||W_v(v(t)-v_d(t))||²+γ||W_u(u(t)-u_s(t))||² (2)

式中，W_v表示虛擬控制指令權重系數，W_u表操縱面控制權重系數，v_d表示期望控制指令，u_s表示虛擬控制指令，γ＞0為松弛因子；

同時，將步驟2.1中所述的等式約束條件v(t)＝Bu(t)弱化為優化目標：

minJ'＝||Bu(t)-v(t)|| (3)

2)、設定權系數優化目標：

式中，k₁為虛擬控制指令，k₂為控制面所對應的比例系數，m表示虛擬控制指令，n表示控制面的維數，||·||_∞表示矩陣的無窮范數，||·||_k表示矩陣的k范數。