[发明专利]一种考虑飞行品质的飞行器模型参数设计方法

说明书

本发明公开了一种考虑飞行品质的飞行器模型参数设计方法，包括选取对闭环飞行器短周期模态特性影响较大的模型参数；然后，采用参考模型非线性动态逆控制方法构造包含未知模型参数的闭环系统；并依据期望飞行品质，构造闭环性能指标；之后，提出基于保护映射的参数选取方法，结合闭环性能指标以及执行器饱和约束，求解飞行器模型参数可行范围；最后，对获取模型参数可行范围进行仿真，验证获取范围的准确性。本发明通过参考模型动态逆控制方法将飞行器模型参数视为独立的变量，方便地开展飞行器模型参数与闭环系统品质等级间的关系研究。该方法研究了飞行器模型参数对闭环短周期模态特性的影响规律，对飞行器总体设计阶段具有参考价值。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，特别涉及一种考虑飞行品质的飞行器模型参数设计方法。

背景技术

随着飞行控制技术的发展，出现了大量新型飞行器。由于这些新型飞行器本身静不稳定，因此其闭环飞行品质不能仅依靠少数几个指标来表征，而是与飞行器对指令的响应形状息息相关。即，这类闭环飞行器的动态特性由模型参数和飞行控制系统共同决定。受到飞行控制系统的能力限制，并不是任何构型的飞行器都能通过飞行控制系统设计来最终获得满意的动态特性。对于高增益闭环飞行器，自动驾驶仪控制飞行器的过程与驾驶员人工驾驶飞行器的过程是相似的。首先需要测量飞行器的飞行状态并根据输入指令进行比较计算，输出控制信号给执行机构驱动操纵舵面，进而产生气动力和气动力矩来控制飞行器，也即等效地改变了飞行器的模型参数。若飞行器的气动舵面操纵效能不足，不能提供相应的控制力及控制力矩，则飞行器的模型参数取值将对闭环飞行器的飞行品质产生较大影响。因此，飞行器的模型参数取值与闭环高阶飞行器飞行品质等级之间存在着一定的对应关系。为了保证采用飞控系统的高阶飞行器具有良好的动态响应特性，需合理地设计并确定飞行器模型参数的取值范围。

本发明提出一种考虑飞行品质的飞行器模型参数设计方法。该方法基于模型参考动态逆以及保护映射理论，该方法研究了飞行器模型参数对闭环短周期模态特性的影响规律，对飞行器总体设计阶段具有参考价值。

发明内容

为了搜索出指定飞行状态下满足设定期望飞行品质的模型参数范围，本发明提供考虑飞行品质的飞行器模型参数设计方法，以解决新型飞行器参数与控制相耦合，难以设计合适的模型参数问题，减少设计阶段迭代次数，加快了飞行器设计进程。本发明通过参考模型动态逆将飞行器的模型参数视为独立的变量，通过引入保护映射理论方便地开展飞行器模型参数与闭环飞行器飞行品质等级间的关系研究。该方法研究了飞行器模型参数对闭环短周期模态特性的影响规律，对飞行器总体设计阶段具有参考价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种考虑飞行品质的飞行器模型参数设计方法，包括以下步骤：

步骤S1、选取待设计模型参数；

步骤S2、模型参考动态逆设计；

步骤S3、构建包含模型参数的闭环系统模型；

步骤S4、构建闭环性能指标；

步骤S5、基于保护映射求取模型参数可行范围；

步骤S6、分析飞行器闭环系统飞行品质，验证准确性。

作为可选实施例，所述步骤S1中，所述模型参数为飞行器本体气动参数，包括C_Lα,C_mα,C_me，其中，C_Lα表示迎角所产生的升力系数，C_mα为俯仰力矩系数随迎角的偏导数，也称纵向稳定性导数，C_me为俯仰力矩系数随升降舵δ_e的偏导数。

作为可选实施例，所述步骤S2中，模型参考动态逆设计，包括以下步骤：

S21、构建模型参考动态逆控制