[發(fā)明專利]艦載機(jī)著艦控制半物理仿真系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110293313.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112947121A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張楊;周益;錢(qián)國(guó)紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍92728部隊(duì)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

1.艦載機(jī)著艦控制半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括仿真計(jì)算機(jī)、控制器硬件和視景仿真平臺(tái)；

所述仿真計(jì)算機(jī)用于艦載機(jī)、艦載機(jī)著艦環(huán)境數(shù)字仿真，生成魯棒控制算法進(jìn)行艦載機(jī)著艦魯棒控制數(shù)字仿真；

所述控制器硬件通過(guò)串口與所述仿真計(jì)算機(jī)連接，所述仿真計(jì)算機(jī)將魯棒控制算法C代碼編譯至所述控制器硬件，通過(guò)所述控制器硬件進(jìn)行艦載機(jī)著艦魯棒控制物理仿真驗(yàn)證；

所述視景仿真平臺(tái)通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議與所述仿真計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所述視景仿真平臺(tái)通過(guò)三維場(chǎng)景演示艦載機(jī)著艦魯棒控制全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)著艦魯棒控制可視化視景仿真。

2.如權(quán)利要求1所述的艦載機(jī)著艦控制半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述魯棒控制算法包括縱向魯棒算法和側(cè)向魯棒算法；縱向魯棒算法采用Hdot反饋方法，即在縱向高度穩(wěn)定回路引入高度微分信號(hào)；側(cè)向魯棒算法通過(guò)副翼控制滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎以修正側(cè)向偏離，方向舵只起阻尼和協(xié)調(diào)作用，側(cè)向魯棒算法采用ydot反饋方法，即在側(cè)向穩(wěn)定回路引入側(cè)向偏離微分信號(hào)。

3.如權(quán)利要求1所述的艦載機(jī)著艦控制半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述魯棒控制算法具體為：

縱向：

式中，k_p、k_i、k_H、為控制器參數(shù)，θ_c為俯仰角指令，Hc為高度指令，θ為俯仰角信號(hào)，H為高度信號(hào)，為高度微分信號(hào)，為俯仰角微分信號(hào)；

側(cè)向：副翼通道控制律：

方向舵通道控制律：

式中，k_φ、k_ψ、k_y、為控制器參數(shù)，φ_c為滾轉(zhuǎn)角指令，ψ_c為偏航角指令，y_c為側(cè)向偏離指令，為側(cè)向偏離微分信號(hào)，φ為滾轉(zhuǎn)角信號(hào)，ψ為偏航角信號(hào)，y為側(cè)向偏離信號(hào)，為滾轉(zhuǎn)角微分信號(hào)，為偏航角微分信號(hào)。

4.如權(quán)利要求1所述的艦載機(jī)著艦控制半物理仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述艦載機(jī)數(shù)字仿真通過(guò)艦載機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型、傳感器模型、作動(dòng)器模型實(shí)現(xiàn)；艦載機(jī)著艦環(huán)境包括艦尾流環(huán)境和甲板運(yùn)動(dòng)，所述艦載機(jī)著艦環(huán)境數(shù)字仿真通過(guò)艦尾流模型、甲板運(yùn)動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)。

5.艦載機(jī)著艦控制半物理仿真方法，其特征在于，包括：

1)建立艦載機(jī)數(shù)學(xué)模型；

2)建立艦載機(jī)著艦環(huán)境數(shù)學(xué)模型；

3)利用等效魯棒飛控技術(shù)設(shè)計(jì)艦載機(jī)著艦控制算法，進(jìn)行艦載機(jī)著艦魯棒控制數(shù)字仿真；

所述艦載機(jī)著艦控制算法，縱向采用Hdot反饋方法，即在縱向高度穩(wěn)定回路引入高度微分信號(hào)；側(cè)向用ydot反饋方法，通過(guò)副翼控制滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎以修正側(cè)向偏離，方向舵只起阻尼和協(xié)調(diào)作用，即在側(cè)向穩(wěn)定回路引入側(cè)向偏離微分信號(hào)；

4)艦載機(jī)著艦控制算法C代碼編譯至控制器硬件，進(jìn)行艦載機(jī)著艦魯棒控制物理仿真驗(yàn)證；

5)艦載機(jī)著艦魯棒控制三維可視化視景仿真。

6.如權(quán)利要求5所述的艦載機(jī)著艦控制半物理仿真方法，其特征在于，所述步驟1)和步驟2)中，仿真計(jì)算機(jī)利用Matlab中的Simulink模塊庫(kù)和M文件建立艦載機(jī)數(shù)學(xué)模型和艦載機(jī)著艦環(huán)境數(shù)學(xué)模型；所述艦載機(jī)數(shù)學(xué)模型包括艦載機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型、傳感器模型和作動(dòng)器模型；所述艦載機(jī)著艦環(huán)境數(shù)學(xué)模型包括艦尾流模型、甲板運(yùn)動(dòng)模型。

7.如權(quán)利要求6所述的艦載機(jī)著艦控制半物理仿真方法，其特征在于，所述仿真計(jì)算機(jī)綜合艦載機(jī)數(shù)學(xué)模型、艦載機(jī)著艦環(huán)境數(shù)學(xué)模型和艦載機(jī)著艦控制算法進(jìn)行艦載機(jī)著艦魯棒控制數(shù)字仿真。

8.如權(quán)利要求6所述的艦載機(jī)著艦控制半物理仿真方法，其特征在于，艦載機(jī)著艦控制算法C代碼編譯：在MATLAB/Simulin環(huán)境下生成艦載機(jī)著艦控制算法后，利用基于Simulink的代碼自動(dòng)生成環(huán)境RTW，直接從Simulink模塊中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的嵌入式C代碼。