[发明专利]一种综合性人机闭环系统建模及验证方法

权利要求书

1.一种综合性人机闭环系统建模及验证方法，基于平视信息显示系统而实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立人机闭环系统综合模型架构：人机闭环系统综合模型架构包含驾驶员操纵方式逻辑判断模型、驾驶员操纵模型、飞机模型、人机系统反馈模型四个部分，其中驾驶员操纵模型包含边界反应操纵模型、瞄准跟踪模型；所述边界反应操纵模型的边界反馈增益K_b由临近边界速度V_b、临近边界时间t_b、最大临近边界时间t_bmax、最小临近边界时间t_bmin、最大驾驶员增益K_bmax决定；瞄准跟踪模型为由指令增益K_pp、速率反馈增益Kr构成的通用模型；飞机模型为经过试飞数据校准后的模型；人机系统反馈模型为单位反馈模型；

步骤2：计算步骤1中的边界反应操纵模型：完成平视显示器信息支持的瞄准机动和边界回避机动试飞试验，通过获取的试飞数据，计算边界反应操纵模型中的参数；过程包括：制定任务、确定试飞员、提取试飞关键参数、计算边界反应操纵模型中的参数；试飞任务为无边界限制的瞄准跟踪任务和纵向带边界限制的瞄准跟踪加边界回避机动任务、横向带边界限制的瞄准跟踪加边界回避机动任务；纵向带边界限制的瞄准跟踪加边界回避机动任务、横向带边界限制的瞄准跟踪加边界回避机动任务分别为各自的边界范围内完成瞄准跟踪任务，不可碰界或越界；在平视显示器信息画面中，俯仰瞄准跟踪符设计为“+”，并位于平视显示器信息画面的中部；滚转跟踪符号设计为号，并位于平视显示器信息画面的上部；俯仰瞄准跟踪符、滚转跟踪符号在平视显示器信息画面中的位置按照预定设定的数学模型变化；俯仰边界符号设计为“＝”，俯仰边界符号的上下边界之间的距离按照预先设定的数学模型呈现周期递减；滚转边界限制符号设计为“\/”，滚转边界限制符号的左右边界和平视显示器信息画面中心对称轴的夹角按照预先设定的数学模型逐渐减小；选取专业、有经验的试飞员完成上述各项试飞任务，以降低试飞数据的显著差异性；从试飞数据中提取驾驶员操纵信号、飞机姿态角信号和角速率信号、俯仰边界信号、滚转边界信号、姿态角瞄准跟踪信号、姿态角瞄准跟踪信号变化率、最大最小边界时间的数值，按照公式(1)、(2)、(3)即可求出边界反应操纵模型参数K_b；构建由参数临近边界时间t_b、最大临近边界时间t_bmax、最小临近边界时间t_bmin、最大驾驶员增益K_bmax决定的操纵输出误差函数err_min的公式(4)，调整4个参数的数值，使边界反应操纵模型输出信号的数值与试飞数据中的驾驶员操纵信号数值的误差函数err_min的数值最小，并最终获得边界反应操纵模型参数K_b：

其中：为飞机参数变化量，为边界参数变化量；

t_b＝(u_b-u_f)/v_b 公式(2)

其中：u_f为飞机参数即时量；u_b为边界参数；t_bmax为驾驶员以最小反馈增益临近边界所需时间；t_bmin为驾驶员以最大反馈增益临近边界所需时间；

K_b是t_b的分段函数，对应关系如下：

err_min＝min(u_ls-dx) 公式(4)

其中：u_1s为边界响应操纵模型输出信号；dx为试飞中纵向、横向驾驶员输入信号；

步骤3：利用步骤2中得到的边界反应操纵模型，建立综合人机闭环模型，将综合人机闭环模型输出的飞机姿态数值结果与试飞数据进行对比，建立误差优化函数err_out_min；进一步微调整边界反应操纵模型参数K_b，减小误差优化函数err_out_min的误差至可接受范围内，最终确定整边界反应操纵模型参数K_b；

err_out_min＝min(u-u_t) 公式(5)

其中：u为人机闭环模型姿态角输出参数；u_t为试飞中飞机姿态角参数

步骤4：计算步骤1中的驾驶员操纵方式逻辑判断模型，瞄准跟踪指令u_p、瞄准跟踪误差u_err、边界反应操纵限制上边界u_bup、边界反应操纵限制下边界u_bdown、人机闭环系统综合模型输出飞机即时参数u_f为计算输入参数；当人机闭环系统综合模型输出飞机即时参数u_f的数值小于等于瞄准跟踪指令u_p与瞄准跟踪误差u_err之和且大于等于瞄准跟踪指令u_p减去瞄准跟踪误差u_err的差时，驾驶员操纵模式为瞄准跟踪模式，驾驶员操纵模型类型代码为“0”；当人机闭环系统综合模型输出飞机即时参数u_f的数值小于边界反应操纵限制上边界u_bup且大于瞄准跟踪指令u_p与瞄准跟踪误差u_err之和，或当人机闭环系统综合模型输出飞机即时参数u_f的数值大于边界反应操纵限制下边界u_bdown且小于瞄准跟踪指令u_p减去瞄准跟踪误差u_err的值时，驾驶员操纵模式为边界反应操纵，驾驶员操纵模型类型代码为“1”；当人机闭环系统综合模型输出飞机即时参数u_f的数值大于等于边界反应操纵限制上边界u_bup或小于等于边界反应操纵限制上边界u_bdown时，飞机发生边界碰撞或超越边界，驾驶员操纵模型类型代码为“2”，人机闭环系统综合模型不工作，全部输出参数值为零。