[發明專利]一種利用耦合的面對稱高超聲速飛行器橫側向控制方法及控制系統在審
| 申請號： | 201811631938.8 | 申請日： | 2018-12-29 |
| 公開（公告）號： | CN109782795A | 公開（公告）日： | 2019-05-21 |
| 發明（設計）人： | 孫春貞 | 申請（專利權）人： | 南京航空航天大學 |
| 主分類號： | G05D1/10 | 分類號： | G05D1/10 |
| 代理公司： | 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204 | 代理人： | 徐紅梅 |
| 地址： | 211106 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 高超聲速飛行器 耦合模態 側滑角 橫側向 面對稱 反饋 控制系統 穩定特性 阻尼特性 方向舵 滾轉角 耦合的 機載傳感器 副翼操縱 滾轉控制 控制耦合 模態特性 抑制運動 總體設計 耦合控制 耦合影響 耦合 飛行器 舵面 副翼 測量 分析 指令 | ||
1.一種利用耦合的面對稱高超聲速飛行器橫側向控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)獲得面對稱高超聲速飛行器機載傳感器的測量信息；
(2)分析面對稱高超聲速飛行器橫側向的滾擺比特性和荷蘭滾耦合模態的穩定特性；
(3)分析面對稱高超聲速飛行器副翼操縱時的控制耦合模態特性；
(4)根據步驟(2)和步驟(3)的分析結果，反饋滾轉角速率到副翼改善荷蘭滾阻尼特性；
(5)在步驟(4)的基礎上，反饋側滑角速率到方向舵改善荷蘭滾耦合模態的阻尼特性，抑制運動耦合影響；
(6)反饋側滑角偏差到方向舵，改善荷蘭滾耦合模態的穩定特性；
(7)反饋滾轉角偏差到側滑角指令，利用荷蘭滾耦合，實現滾轉控制。
2.根據權利要求1所述的一種利用耦合的面對稱高超聲速飛行器橫側向控制方法，其特征在于，步驟(1)中傳感器的測量信息包括滾轉角φ、滾轉角速率p、偏航角速率r、迎角α和側滑角β，并利用滾轉角速率p、偏航角速率r和迎角α信息，計算當前狀態下側滑角速率的近似值為：
3.根據權利要求1所述的一種利用耦合的面對稱高超聲速飛行器橫側向控制方法，其特征在于，步驟(2)中荷蘭滾耦合模態的穩定導數的計算公式為：
其中，為偏航靜穩定導數，為滾轉靜穩定導數，為滾擺比，為偏航-滾轉耦合作用下的滾轉力矩對側滑角β的偏導數，為滾轉-偏航耦合作用下的偏航力矩對側滑角β的偏導數，Ixz為繞x軸和z軸的慣性積，Ix為繞x軸的轉動慣量，α為迎角；
當滾擺比滿足下式時，荷蘭滾模態靜穩定，是一種有利耦合，利用滾轉控制；
4.根據權利要求1所述的一種利用耦合的面對稱高超聲速飛行器橫側向控制方法，其特征在于，步驟(3)中控制耦合模態的偏離導數LCDP為：
其中，為偏航力矩對控制量δ的偏導數，為滾轉力矩對控制量δ的偏導數；為偏航-滾轉耦合作用下的滾轉力矩對側滑角β的偏導數，為滾轉-偏航耦合作用下的偏航力矩對側滑角β的偏導數，α為迎角；
當操縱面產生對偏航通道產生的耦合力矩滿足下式時，橫側向控制會產生偏離，是一種不利耦合，由于這種控制耦合是由于副翼的偏轉引起的，需要回避這種不利耦合，此時不能采用副翼控制滾轉，需要通過其他的控制舵面實現；
5.根據權利要求1所述的一種利用耦合的面對稱高超聲速飛行器橫側向控制方法，其特征在于，步驟(4)中將滾轉角速率p反饋到副翼δa，副翼通道的控制律為：
δa＝Kp·p；
其中，δa為副翼偏轉角度，Kp為滾轉角速率反饋增益；
反饋滾轉角速率后的荷蘭滾耦合模態的阻尼導數ξd為：
其中，為偏航阻尼力矩對偏航角速率r的偏導數，為滾轉通道的阻尼導數滾轉阻尼力矩對滾轉角速率p的偏導數，為滾轉力矩對副翼δa的偏導數，Iz為繞z軸的轉動慣量，Ix為繞x軸的轉動慣量，為偏航-滾轉耦合作用下的滾轉力矩對側滑角β的偏導數，為滾轉-偏航耦合作用下的偏航力矩對側滑角β的偏導數，α為迎角。
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