[發明專利]一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法

有效

• 申請號: 202011064970.X
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112180728B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 董然;楊軍;溫馨;周心怡;申耀龍;王嘯楓;孫巖
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

本發明公開了一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法，首先根據設定的艦載機基準運動狀態建立力平衡和力矩平衡方程；根據Matlab軟件trim函數的調用規則以及力平衡和力矩平衡方程，構建Simulink模型；調用Matlab軟件的trim函數實現對艦載機著艦的運動配平；然后再建立艦載機縱向運動的非線性方程；根據Matlab軟件linmod函數的調用規則以及縱向運動的非線性方程，構建另一Simulink模型；調用Matlab軟件的linmod函數，得到狀態空間方程的系數矩陣，最終得到艦載機著艦縱向運動線性模型。利用上述方法構建的模型精度較高，能較好地描述艦載機在進場著艦階段對指令和控制輸入的響應。

技術領域

本發明涉及艦載機著艦控制技術領域，尤其涉及一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法。

背景技術

非線性動力學模型的配平和線性化是進行飛行器控制設計與飛行仿真的基礎：通過配平求出系統的穩定工作點(平衡點)后，再通過線性化方法得到對應該點的線性模型，就能運用相對完備的線性系統分析手段來研究飛行器在該點附近的穩定性與操縱性，作為飛行控制系統設計指南。

目前，國內外通常采用牛頓迭代法或擬牛頓迭代法來對飛行器運動模型配平和線性化。考慮到配平和線性化操作在系統分析與設計中需求量較大，市面上一些計算軟件提供相應的工具函數以方便用戶使用，如MATLAB軟件的trim函數和linmod函數，可分別對動態系統進行配平和線性化；并且，若系統是線性的或僅包含相對簡單的非線性環節，一般可直接調用它們，這在MATLAB的幫助界面以及一些控制理論MATLAB教程中都有應用舉例。然而，對于復雜非線性系統的線性建模，一般難以通過直接調用trim函數和linmod函數來實現，例如，飛行器起降過程具有強耦合、非線性等特點，加之機體自身性能參數的特殊和復雜程度，往往不易獲取飛行器起降運動的線性化模型，而現有技術中缺乏有效的解決方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法，利用上述方法構建線性模型操作簡便且線性模型精度較高，能較好地描述艦載機在進場著艦階段對指令和控制輸入的響應。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種艦載機著艦縱向運動線性模型的構建方法，所述方法包括：

步驟1、首先以固定翼艦載機著艦前的等角下降階段為研究對象，根據設定的艦載機基準運動狀態建立力平衡和力矩平衡方程；

步驟2、根據Matlab軟件trim函數的調用規則以及步驟1所建立的力平衡和力矩平衡方程，構建Simulink模型，并指定該Simulink模型的輸入量、輸出量和狀態量；

步驟3、針對步驟2所構建的Simulink模型，調用Matlab軟件的trim函數實現對艦載機著艦運動配平，得到艦載機著艦運動的近似平衡點；

步驟4、然后建立能描述艦載機著艦前等角下降階段縱向運動的方程；

步驟5、根據Matlab軟件linmod函數的調用規則以及步驟4建立的艦載機縱向運動方程，構建另一Simulink模型；

步驟6、利用步驟3得到的配平結果，針對步驟5構建的另一Simulink模型，調用Matlab軟件的linmod函數，可得到狀態空間方程的系數矩陣；

步驟7、根據艦載機著艦階段的發動機工作特性，獲得發動機推力與油門開度的近似比值，將步驟6中得到的狀態空間方程系數矩陣B的第3列元素同乘該近似比值，得到艦載機著艦縱向運動線性模型。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，利用上述方法構建的模型精度較高，能較好地描述艦載機在進場著艦階段對指令和控制輸入的響應，并且無需編制配平和線性化算法代碼，操作步驟簡便，具有較強的實用性。

附圖說明