[发明专利]一种飞机荷兰滚等效拟配初值选取方法

说明书

本发明公开了一种飞机荷兰滚等效拟配初值选取方法，属于飞机操稳系统设计技术领域。包括以下步骤：步骤一、获得侧滑角对脚蹬力高阶系统在0.1～10rad/s范围内的幅值和相位数据；步骤二、基于典型的二阶系统获取与步骤一中高阶传递函数等效的二阶系统；步骤三、依据幅值曲线的极大值与ω＝0.1处的幅值确定荷兰滚阻尼比初值；步骤四、计算荷兰滚频率初值ω_d；步骤五、利用ω＝0.1处的幅值和频率初值计算增益K初值；步骤六、确定时间延迟值τ；本发明依据高阶系统的幅值和相位数据，获得等效拟配的初值，该初值与精确解接近，在后续求解中能保证满足等效拟配要求。该方法避免了反复调试初值的工作，提高工作效率，简化计算难度。

技术领域

本发明属于飞机操稳系统设计技术领域，具体涉及一种飞机荷兰滚等效拟配初值选取方法。

背景技术

当前多数飞机设计时采用了控制增稳系统。控制增稳后的飞机模态远远多于未增稳飞机，直接应用成熟的飞行品质规范比较困难。目前比较典型的方法是等效拟配，即针对某一高阶系统，找到等效的低阶系统，两个系统在一定的频域范围内，相应输出量的差值满足一定的指标条件。等效的低阶系统可利用品质规范，进行模态分析、飞行品质评定等工作。

等效拟配原理是飞机高阶系统与低阶等效系统的幅值、相位差的指标函数取极小值，且拟配点的幅值差、相位差处于限制范围内。指标函数如下式：

式中：J为失配度；k为拟配点个数，常取20；ω_i为拟配点，在0.1～10rad/s的对数坐标取平均点；K为加权系数，常取0.0175；G为对数幅值，Φ为相位；HOS为高阶系统，LOES为低阶系统。

在荷兰滚等效拟配时，低阶等效系统的表达式如下：

式中，需拟配的未知参数包括增益K_d，荷兰滚阻尼比ξ_d,荷兰滚频率ω_d，时间延迟τ。失配度函数表达式复杂，使用最小二乘、牛顿迭代等算法时，计算初值会影响等效拟配的准确度，初值选取不当会得到不合理的结果，无法反应高阶系统的特性。

初值选取在等效拟配中是一项关键工作，目前初值选取并无统一的方法，主要依赖工程人员的经验。对于缺少经验的工程人员，如果初值选取不合适时，需要对初值多次调整试验，保证等效拟配的结果符合要求。

发明内容

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种飞机荷兰滚等效拟配初值选取方法，基于高阶系统的幅频和相频特性曲线，估计出计算需要的初值，用于荷兰滚等效拟配，能够快速获得与准确结果接近的一组初值，提高对高阶系统等效拟配的效率，减少初值调试的工作量。

本发明的技术方案：一种飞机荷兰滚等效拟配初值选取方法，包括以下步骤：

步骤一、获得侧滑角对脚蹬力高阶系统在0.1～10rad/s范围内的幅值和相位数据；

其高阶系统传递函数公式如下：

其中，a₀-a_m是传递函数分子表达式的系数；b₀-bn是传递函数分母表达式的系数；s是拉普拉斯变换算子；

步骤二、基于典型的二阶系统获取与步骤一中高阶传递函数等效的二阶系统；

式中，为固定增益，只平移幅值；第二部分为典型的二阶系统，第三部分e^-τs为时延环节；

步骤三、依据幅值曲线的极大值与ω＝0.1处的幅值确定荷兰滚阻尼比初值；