[發明專利]一種分布式電推進飛機偏航的控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110322279.5
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112947530A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 寇鵬;王京;梁得亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

1.一種分布式電推進飛機偏航的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，空管中心發出偏航指令后，飛行控制計算機接收到偏航目標信息，針對偏航目標角度，飛行控制計算機采用模型預測控制算法實施對飛機的航向姿態控制；

步驟2，模型預測控制算法基于飛機六自由度線性狀態空間模型計算分布式電推進飛機的最優偏航方案；模型預測控制算法根據推進器及飛機的性能指標施加控制約束與狀態約束；

步驟3，按計算值對各推進器的推力及升降舵、方向舵、副翼的偏轉角度進行調整。

2.根據權利要求1所述的一種分布式電推進飛機偏航的控制方法，其特征在于，飛機六自由度線性狀態空間模型按照以下步驟建立：

基于小擾動原理，對飛機運動方程線性化，建立常規飛機的六自由度線性狀態空間模型：

其中，狀態量x＝[ΔV Δβ Δα Δp Δq Δr Δφ Δθ Δψ]^T，V為飛行速度、β為側滑角、α為迎角、p為滾轉角速度、q為俯仰角速度、r為偏航角速度、φ為滾轉角、θ為俯仰角、ψ為偏航角；控制量u＝[Δδ_e Δδ_a Δδ_r]^T，δ_e為升降舵偏轉角、δ_a為副翼偏轉角、δ_r為方向舵偏轉角；輸出量y＝Δψ；

建立推進器的動力學模型；

建立輸入量包含電推進器推力的飛機六自由度線性狀態空間模型：

其中

u₁＝[Δδ_e Δδ_a Δδ_r ΔT_C1 … ΔT_Cn]^T，C₁＝[C 0 … 0]^T，T_i,i＝1,2,…,n為各推進器輸出推力，T_Ci,i＝1,2,…,n為各推進器的推力命令，n為飛機推進器的個數；

基于前向歐拉離散化公式，得到的離散時間系統模型如下：

其中A_u＝(1+T_sA₁)，B_u＝T_sB₁，T_s為采樣周期。

3.根據權利要求1所述的一種分布式電推進飛機偏航的控制方法，其特征在于，模型預測控制算法的優化目標：

(1)主要的優化目標為使系統輸出盡可能跟隨偏航目標角度的變化

其中偏航目標角度指相對于偏航指令發出時飛機偏航角的目標變化值，y(k+i|k)為在當前時刻k預測k+i時刻的系統輸出值，y_r(k+i)為k+i時刻的偏航目標角度值，Q為加權系數，p為預測時域；

(2)希望控制動作不要太大

其中u₁(k+i|k)為在當前時刻k預測k+i時刻的控制輸出，R為加權系數矩陣，m為控制時域；

得到總的目標函數：