[發明專利]一種飛行器迎角、側滑角信號的重構方法

在審

• 申請號: 202011610715.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112783186A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 鞏磊;薛源;何超;黑文靜;張龑
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王迪

本發明屬于飛行控制技術領域，提供一種飛行器迎角、側滑角信號的重構方法，構造慣性迎角、慣性側滑角信號作為飛行器迎角、側滑角信號故障時的替代值。包括：步驟1、飛行器三軸地速分量解算；步驟2、慣性迎角/慣性側滑角構造；步驟3、重構信號對故障信號的替代。本發明能夠為飛行器迎角、側滑角信號提供高可靠、高精度、快動態、低成本的在線重構，有助于提高飛行控制系統對迎角、側滑角信號的故障容錯能力和控制系統的安全性，在航空、航天行業中有較高的應用價值。

技術領域

本發明屬于飛行控制技術領域，涉及一種可對飛行器迎角、側滑角信號實現高精度重構的計算方法。

背景技術

迎角和側滑角表征了空氣來流相對于飛行器機體的方向，是決定飛行器氣動力的兩個重要參量，也是現代飛行器控制系統的主要信號。

其中，迎角是飛行器機體縱軸與空速方向的夾角。迎角直接決定了飛行器的升力、俯仰/滾轉/偏航穩定性和三軸操縱效能，迎角過大時可能導致飛行器失速、失控。因而，在飛行控制中，迎角是最重要的信號之一，不僅用于飛行器的穩定性增強，還用于失速告警、迎角保護等安全關鍵功能。

側滑角，是飛行器機體鉛垂對稱面與空速方向的夾角。側滑角直接決定了飛行器的側向力和偏航/滾轉運動趨勢。因而，在飛行控制中，側滑角常用于飛行器的側向穩定性增強，還用于側滑角告警、保護等安全功能。

為保證迎角、側滑角信號故障時的控制安全，需要對故障信號進行重構。通常的處理方法是將故障的迎角、側滑角信號重構為某一固定值。這一方法能保證故障信號對后續飛行不產生錯誤的干擾，但同時也使得迎角、側滑角相關的增穩、告警和保護功能失效。

發明內容

本發明的目的是：提供一種飛行器迎角、側滑角信號的重構方法，使用異源信號對飛行器迎角、側滑角信號進行高精度的在線重構，提高飛行控制系統對迎角、側滑角信號的故障容錯能力。

本發明的技術方案是：

一種飛行器迎角、側滑角信號的重構方法，構造慣性迎角、慣性側滑角信號作為飛行器迎角、側滑角信號故障時的替代值。

包括：

步驟1、飛行器三軸地速分量解算；

步驟2、慣性迎角/慣性側滑角構造；

步驟3、重構信號對故障信號的替代。

步驟1具體為：機載系統測量北向速度、東向速度、地向速度表征飛行器相對于地面運動的速度向量，機載系統測量俯仰角、滾轉角、偏航角表征飛行器相對于地面的姿態，通過俯仰角、滾轉角、偏航角構造地面坐標系到飛行器機體坐標系的轉換矩陣，通過轉換矩陣與飛行器地速向量的矩陣乘法運算，獲得飛行器地速在機體坐標系的三軸分量，包括地速縱軸分量、地速側軸分量和地速豎軸分量。

步驟2具體為：使用飛行器地速在機體坐標系的三軸分量，通過地速三軸分量之間的幾何關系，構造慣性迎角和慣性側滑角。其中，慣性迎角的構造方法為，地速縱軸分量與地速豎軸分量所形成的二維向量與地速縱軸分量的夾角；慣性側滑角的構造方法為，地速縱軸分量、地速側軸分量和地速豎軸分量所形成的三維向量與地速縱軸分量和地速豎軸分量所形成的二維平面的夾角。

步驟3具體為：使用迎角和側滑角的信號故障標識，通過邏輯判斷進行測量迎角信號與慣性迎角信號的切換，以及測量側滑角信號與慣性側滑角信號的切換。

步驟1包括：

設飛行器相對于地面運動的北向速度為V_N、東向速度為V_E、地向速度為V_D，則飛行器相對于地面運動的速度(地速)向量可表達為：[V_N V_E V_D]^T；