[发明专利]一种飞行控制系统控制参数的图形化自动寻优整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空领域的控制系统控制参数的增益调度技术，具体为利用信号约束图形化方法实现飞行控制系统控制律参数自动寻优整定的方法。

背景技术

飞机状态在整个飞行包线内是非线性快速大范围变化的。传统的飞行控制系统设计思想是在飞行包线内选取足够多的飞行状态点进行配平和线性化，以获取定常状态的飞机线性模型，进而针对所有定常状态采用PID控制方法设计统一的飞行控制系统。为使所设计的固定结构的飞行控制系统对选取的所有定常状态点、甚至在整个飞行包线内均具有良好的、一致的控制性能，必须使所设计的各个定常状态的控制参数均为期望的最优取值，进而采用增益调度技术，可以实现所设计的飞行控制在整个飞行包线内的控制性能。

在线性定常模型的传统飞行控制系统设计中，为确保控制精度，通常要针对所有飞行状态进行大量重复的控制参数整定寻优工作，目前仍没有一套系统完整的方法对整个飞行包线内的飞行控制律参数进行自动寻优整定慢。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种飞行包线内全状态飞行参数自寻优整定方法，克服常用的PID参数试凑法所带来的工作量大、工程实践经验少、设备运转潜在危险系数高等问题，采用图形化自动参数寻优整定方法，借助软件工具，提升了工作效率，提高了参数整定结果的可靠性，保证了整个飞行控制系统的安全、稳定运行。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种飞行控制系统控制参数的图形化自动寻优整定方法，包括下述步骤：

S1、在整个飞行包线内确定所要调节的状态点，并遵循使飞机以足够的准确度保持或跟踪预定飞行轨迹的飞行控制系统的设计要求，确定控制系统内、外部参数调节及调用结构，使用MATLAB仿真软件，设计并搭建Simulink形式的飞行控制系统仿真模型；

S2、根据具体的自动飞行控制系统模态，确定该模态所对应的国军标要求，将飞行控制系统输出信号期望的控制精度、调节时间、上升时间、误差要求等时域响应指标转化为图形限制边界，不同的边界线对应不同的性能参数；

S3、采用梯度下降寻优法，将图形限制边界转化为最优化问题的性能指标、约束条件和参数可行域进行求解；

S4、在Matlab软件环境下，给定控制参数初值，编制控制参数图形化自动寻优整定程序，采用循环方式对整个飞行包线内所要调节状态点的控制器参数进行自动寻优整定；

S5、以动压为自变量，将包线内所有状态点所得到的控制律参数值，进行多项式拟合，从而得到整个包线范围内的控制律参数整定集成曲线。

其中，所述状态点为在不同的马赫数和不同高度下飞机的飞机状态点。

其中，所述飞行控制系统模态包括纵向飞行模态和横侧向飞行模态，纵向飞行模态分为俯仰保持、高度保持、航迹保持、空速保持、自动改平模态；横侧向飞行模态分为滚转角保持、自动改平、航向保持与选择、水平导航、着陆模态。

其中，所述梯度下降寻优法具体包括如下步骤：

设性能指标函数为f(x₁，x₂，…，x_r)，记系统状态为X＝(x₁，x₂，…，x_r)，则最优化问题的数学描述为