[发明专利]一种模拟飞行员主观评价的飞行品质预测方法

权利要求书

1.一种模拟飞行员主观评价的飞行品质预测方法，其特征在于：

步骤一，构建飞行品质预测评价对象；

采用带有延迟环节的飞机动力学增广矩阵构建待评价对象：

x·s=Asxs+Bsup+Eswys=Csxs+Dsup---(1)]]>

其中，As=ABCd0Ad,Bs=BBd,Es=E0,Cs=CDCd,Ds=D,xs=xxd,]]>x_d为带有时间延迟的状态向量，A_d、B_d、C_d分别为带有时间延迟的系数矩阵。A、B、C、D分别为飞机小扰动方程系数矩阵，E为外界扰动系数矩阵，x_s为带有延迟的增广状态向量，为带有延迟的增广状态向量时间导数，x为飞机运动状态向量，w为外界扰动向量，u_p为操纵向量，y_s为带有延迟的增广输出状态向量；

步骤二，建立AOCM模型指标函数，确定AOCM模型参数；

步骤三，采用AOCM模型进行人机闭环时域仿真；

飞行员最优控制操纵量由下式计算得到：

u·p*=-GpX^=-[Gn,Gn1]X^=-f-1(Bo)TKX^---(3)]]>

其中，是X的估计值，X是带有控制速率的增广状态向量，表达式为X＝[xx_du_p]^T，G_p为飞行员最优控制反馈增益向量，B_o为带有控制速率的增广操纵系数矩阵，K是由下列Riccati方程确定的唯一解：

0＝(A_o)^TK+KA_o+Q_o-KB_of^-1(B_o)^TK(4)

其中，A_o为带有控制速率的增广动力学系数矩阵，Q_o为带有控制速率的增广加权矩阵，

Qo=(Cs)TQyCs(Cs)TQyDs(Ds)TQyCs(Ds)TQyDs+ru---(5)]]>

将(3)式转化为

Tnu·p*+Ipx^s+up*=0---(6)]]>

其中，为飞行员最优控制操纵量，为带有延迟的增广状态向量x_s的估计值，I_p即为飞行员最优控制增益，表达式如下：

Ip=Gn1-1Gn,]]>

其中，G_n是调节器增益向量，是增益向量，采用时变噪声自适应滤波器进行状态估计，首先得到离散状态方程和操纵向量状态方程如下：

up*(k)=-Φuup*(k-1)+Budisuc(k-1)+Eudisvu(k-1)---(8)]]>

其中H、B_dis、D_dis是状态转移矩阵，E_dis是扰动向量离散系数矩阵，w是外界扰动向量，v是观测噪声向量，Ф_u和B_udis是操纵向量状态方程离散系数矩阵，E_udis是操纵噪声离散系数矩阵，v_u是操纵噪声向量，u_c是理想状态飞行员操纵指令，y是飞行员观测向量；公式中的k和k-1分别表示离散k时刻和k-1时刻，此时，引入时变噪声估值器如下：

q^(k)=q^(k-1)+dk-1Q^(k-1)Ddisϵ(k)---(9)]]>

Q^(k)=Q^(k-1)+dk-1Q^(k-1)Ddis[ϵ(k)ϵT(k)-HP(k|k-1)HT-R^(k-1)]DdisTQ^(k-1)---(10)]]>

r^(k)=(1-dk-1)r^(k-1)+dk-1[y(k)-Hx^s(k|k-1)-Ddisup(k)]---(11)]]>

R^(k)=(1-dk-1)R^(k-1)+dk-1{[I-HK(k)]ϵ(k)ϵT(k)×[I-HK(k)]T+HP(k|k)HT}---(12)]]>

其中是k时刻扰动噪声均值估计，是k-1时刻扰动噪声均值估计，是k时刻扰动噪声协方差估计，是k-1时刻扰动噪声协方差估计，ε(k)是k时刻新息，P(k|k)是纳入新息后，通过k及之前时刻预报的误差方差阵，P(k|k-1)是通过k-1及之前时刻预报的k时刻误差方差阵，是k-1时刻观察噪声协方差估计，是k时刻观察噪声协方差估计，是k时刻观察噪声均值估计，是k-1时刻观察噪声均值估计，y(k)是k时刻飞行员观察向量，是通过k-1及之前时刻对状态向量x_s在k时刻的估计值，K(k)是k时刻滤波增益，d_k-1是渐进遗忘系数，d_k-1＝(1-b)/(1-b^k)，0<b<1，b为遗忘因子，D(k)是k时刻递推算子，表达式如下：

D(k)=EdisTHT[HP(k|k-1)HT+R(k-1)]-1---(13)]]>

引入改进的自适应卡尔曼滤波器为：

ϵ(k)=y(k)-Hx^s(k|k-1)-Ddisup(k)-r^(k-1)---(16)]]>

K(k)=P(k|k-1)HT×[HP(k|k-1)HT+R^(k-1)]-1---(17)]]>

P(k|k)＝[I_n-K(k)H]P(k|k-1)(18)

x^s(k|k)=x^s(k|k-1)+K(k)ϵ(k)---(19)]]>

其中，是纳入新息后，通过k-1及之前时刻估计值对状态向量在k-1时刻的估计值；是纳入新息后，通过k及之前时刻估计值对状态向量在k时刻的估计值；u(k-1)是k-1时刻飞行员操纵量；P(k-1|k-1)是通过k-1及之前时刻预报的k-1时刻误差方差阵,y(k)是观察向量真实值，I_n是n阶单位阵，由此，飞行员操纵向量由(6)式求出；

步骤四，将AOCM模型指标函数与飞行员主观评分建立联系，模拟飞行员进行飞行品质主观预测。