[發明專利]一種綜合性人機閉環系統建模及驗證方法

有效

• 申請號: 201811264955.2
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109683473B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 王曉蓉;劉智漢;張文帥;雒東超;王文星
• 申請（專利權）人: 中國飛行試驗研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種綜合性人機閉環系統建模及驗證方法，基于平視信息顯示系統而實現，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：建立人機閉環系統綜合模型架構：人機閉環系統綜合模型架構包含駕駛員操縱方式邏輯判斷模型、駕駛員操縱模型、飛機模型、人機系統反饋模型四個部分，其中駕駛員操縱模型包含邊界反應操縱模型、瞄準跟蹤模型；所述邊界反應操縱模型的邊界反饋增益K_b由臨近邊界速度V_b、臨近邊界時間t_b、最大臨近邊界時間t_bmax、最小臨近邊界時間t_bmin、最大駕駛員增益K_bmax決定；瞄準跟蹤模型為由指令增益K_pp、速率反饋增益Kr構成的通用模型；飛機模型為經過試飛數據校準后的模型；人機系統反饋模型為單位反饋模型；

步驟2：計算步驟1中的邊界反應操縱模型：完成平視顯示器信息支持的瞄準機動和邊界回避機動試飛試驗，通過獲取的試飛數據，計算邊界反應操縱模型中的參數；過程包括：制定任務、確定試飛員、提取試飛關鍵參數、計算邊界反應操縱模型中的參數；試飛任務為無邊界限制的瞄準跟蹤任務和縱向帶邊界限制的瞄準跟蹤加邊界回避機動任務、橫向帶邊界限制的瞄準跟蹤加邊界回避機動任務；縱向帶邊界限制的瞄準跟蹤加邊界回避機動任務、橫向帶邊界限制的瞄準跟蹤加邊界回避機動任務分別為各自的邊界范圍內完成瞄準跟蹤任務，不可碰界或越界；在平視顯示器信息畫面中，俯仰瞄準跟蹤符設計為“+”，并位于平視顯示器信息畫面的中部；滾轉跟蹤符號設計為號，并位于平視顯示器信息畫面的上部；俯仰瞄準跟蹤符、滾轉跟蹤符號在平視顯示器信息畫面中的位置按照預定設定的數學模型變化；俯仰邊界符號設計為“＝”，俯仰邊界符號的上下邊界之間的距離按照預先設定的數學模型呈現周期遞減；滾轉邊界限制符號設計為“\/”，滾轉邊界限制符號的左右邊界和平視顯示器信息畫面中心對稱軸的夾角按照預先設定的數學模型逐漸減小；選取專業、有經驗的試飛員完成上述各項試飛任務，以降低試飛數據的顯著差異性；從試飛數據中提取駕駛員操縱信號、飛機姿態角信號和角速率信號、俯仰邊界信號、滾轉邊界信號、姿態角瞄準跟蹤信號、姿態角瞄準跟蹤信號變化率、最大最小邊界時間的數值，按照公式(1)、(2)、(3)即可求出邊界反應操縱模型參數K_b；構建由參數臨近邊界時間t_b、最大臨近邊界時間t_bmax、最小臨近邊界時間t_bmin、最大駕駛員增益K_bmax決定的操縱輸出誤差函數err_min的公式(4)，調整4個參數的數值，使邊界反應操縱模型輸出信號的數值與試飛數據中的駕駛員操縱信號數值的誤差函數err_min的數值最小，并最終獲得邊界反應操縱模型參數K_b：

其中：為飛機參數變化量，為邊界參數變化量；

t_b＝(u_b-u_f)/v_b 公式(2)

其中：u_f為飛機參數即時量；u_b為邊界參數；t_bmax為駕駛員以最小反饋增益臨近邊界所需時間；t_bmin為駕駛員以最大反饋增益臨近邊界所需時間；

K_b是t_b的分段函數，對應關系如下：

err_min＝min(u_ls-dx) 公式(4)

其中：u_1s為邊界響應操縱模型輸出信號；dx為試飛中縱向、橫向駕駛員輸入信號；

步驟3：利用步驟2中得到的邊界反應操縱模型，建立綜合人機閉環模型，將綜合人機閉環模型輸出的飛機姿態數值結果與試飛數據進行對比，建立誤差優化函數err_out_min；進一步微調整邊界反應操縱模型參數K_b，減小誤差優化函數err_out_min的誤差至可接受范圍內，最終確定整邊界反應操縱模型參數K_b；

err_out_min＝min(u-u_t) 公式(5)

其中：u為人機閉環模型姿態角輸出參數；u_t為試飛中飛機姿態角參數

步驟4：計算步驟1中的駕駛員操縱方式邏輯判斷模型，瞄準跟蹤指令u_p、瞄準跟蹤誤差u_err、邊界反應操縱限制上邊界u_bup、邊界反應操縱限制下邊界u_bdown、人機閉環系統綜合模型輸出飛機即時參數u_f為計算輸入參數；當人機閉環系統綜合模型輸出飛機即時參數u_f的數值小于等于瞄準跟蹤指令u_p與瞄準跟蹤誤差u_err之和且大于等于瞄準跟蹤指令u_p減去瞄準跟蹤誤差u_err的差時，駕駛員操縱模式為瞄準跟蹤模式，駕駛員操縱模型類型代碼為“0”；當人機閉環系統綜合模型輸出飛機即時參數u_f的數值小于邊界反應操縱限制上邊界u_bup且大于瞄準跟蹤指令u_p與瞄準跟蹤誤差u_err之和，或當人機閉環系統綜合模型輸出飛機即時參數u_f的數值大于邊界反應操縱限制下邊界u_bdown且小于瞄準跟蹤指令u_p減去瞄準跟蹤誤差u_err的值時，駕駛員操縱模式為邊界反應操縱，駕駛員操縱模型類型代碼為“1”；當人機閉環系統綜合模型輸出飛機即時參數u_f的數值大于等于邊界反應操縱限制上邊界u_bup或小于等于邊界反應操縱限制上邊界u_bdown時，飛機發生邊界碰撞或超越邊界，駕駛員操縱模型類型代碼為“2”，人機閉環系統綜合模型不工作，全部輸出參數值為零。