[发明专利]基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法

说明书

本发明公开了一种基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法，包括如下步骤：(1)建立高超声速飞行器姿态动态方程；(2)针对高超声速飞行器飞行特点，提出基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法；(3)将步骤(2)给出的基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法应用于步骤(1)建立的高超声速飞行器姿态动态方程，得出状态与输入之间的动态耦合关系；(4)利用步骤(3)得出的姿态模型中状态与输入之间的动态耦合关系，设计高超声速飞行器姿态协调控制器。本发明从系统动态方程入手，得出的耦合关系矩阵为非线性的、动态的，更加全面客观的反应实际飞行状态下的耦合情况。

技术领域

本发明涉及航天控制技术领域，尤其是一种基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法。

背景技术

一般认为，大于5M_a速度飞行的飞行器称为高超声速飞行器，具有“占领空天”的优势，是目前世界各军事大国积极投入研究的重要技术领域之一。但由于其飞行环境严峻，非线性特性复杂，且其内部变量存在着严重的非线性耦合，大大增加了飞行控制的难度，甚至威胁到飞行安全。因此，为提高飞行品质，研究高超声速飞行器各变量之间的耦合特性，并在此基础上设计协调控制系统应对耦合问题成为研究的热点和难点。目前，一些学者和研究机构都针对飞行控制问题做了深入的研究，但对于耦合性问题的关注不够。现有的耦合关系描述多为线性且在整个飞行阶段保持定值，不能客观全面地反映飞行器变量间复杂的耦合关系，必然会降低飞行协调控制的性能。为此，为提高高超声速飞行器协调控制的效果，有必要寻求一个能反映变量间耦合关系的动态耦合分析方法，并基于该耦合分析设计飞行协调控制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法，从系统动态方程入手，得出的耦合关系矩阵为非线性的、动态的，更加全面客观的反应实际飞行状态下的耦合情况。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法，包括如下步骤：

(1)建立高超声速飞行器姿态动态方程；

(2)针对高超声速飞行器飞行特点，提出基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法；

(3)将步骤(2)给出的基于动态方程的高超声速飞行器耦合分析方法应用于步骤(1)建立的高超声速飞行器姿态动态方程，得出状态与输入之间的动态耦合关系；

(4)利用步骤(3)得出的姿态模型中状态与输入之间的动态耦合关系，设计高超声速飞行器姿态协调控制器。

优选的，步骤(1)中建立的高超声速飞行器姿态动态方程如下：

其中Ω＝[α,β,μ]^T,α,β,μ分别为攻角、侧滑角和滚转角；ω＝[p,q,r]^T,p,q,r分别为滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率；δ＝[δ_e,δ_a,δ_r]^T,δ_e,δ_a,δ_r分别为升降舵、副翼舵和方向舵的舵偏角，参数阵g_ω,g_Ω,g_δ,A_Ω,B_δ,f_ω的具体表达式如下：

其中V为飞行器速度，M为高超声速飞行器的质量，g为重力加速度，其大小与飞行高度有关；I_xx，I_yy，I_zz为沿x，y，z轴的转动惯量；为动压；S为机翼参考面积；c为平均气动弦长；X_cg为质心到参考力矩中心的距离；