CN105912002B - 一种改变飞机飞行高度的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改变飞机飞行高度的控制方法，包含以下步骤：S1,计算目标速度和当前速度的差值；S2，对S1中目标速度和当前速度的差值进行微分，得到第一轴向过载；对目标速度与当前速度的差值进行低通滤波，然后对经过低通滤波的差值进行增益得到第二轴向过载；将第一轴向过载与第二轴向过载相加得到总的轴向过载；S3，求取S2中目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度；S4，构造飞机的势能垂直速度；S5，将S3中目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度与S4中的势能垂直速度相加获得目标垂直速度；S6，通过对S5中的目标垂直速度进行控制，使飞机按照预定控制规律飞行。本发明的优点在于：飞机在改变高度时，可以同时兼顾垂直速度与速度。

Description

一种改变飞机飞行高度的控制方法
技术领域
本发明涉及飞行控制技术领域，具体涉及一种改变飞机飞行高度的控制方法。
背景技术
飞机飞行高度层的改变是自动控制飞机从一个高度层爬升或下降到另一个高度层，在改变飞机的飞行高度过程中，升降舵保持空速，油门保持推力。以往自动改变飞机飞行高度大多通过控制飞机的垂直速度使飞机爬升或下降到目标高度，这种控制方式存在一定安全隐患，只控制垂直速度，没有飞行速度，在爬升时很可能使飞机只保证垂直速度是目标垂直速度而忽略了飞行速度，有可能为了保证垂直速度，飞行速度降到很低，造成失速。
发明内容
本发明的目的是提供一种改变飞机飞行高度的控制方法，在改变飞机飞行高度时，可兼顾飞行速度与垂直速度，以解决或至少减轻背景技术中所存在的至少一处的问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种改变飞机飞行高度的控制方法，包含以下步骤：S1,根据飞机接通高度层改变时刻的目标速度，计算目标速度和当前速度的差值；S2，对所述步骤S1中目标速度和当前速度的差值进行微分，得到第一轴向过载；对目标速度与当前速度的差值进行低通滤波，然后对经过低通滤波的差值进行增益得到第二轴向过载；将第一轴向过载与第二轴向过载相加得到总的轴向过载；S3，对所述步骤S2中得到的相加后的总的轴向过载进行比例积分控制，得到目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度；S4，构造飞机的势能垂直速度，所述势能垂直速度是指当前状态下，飞机在垂直方向上剩余能量的速度；S5，将所述步骤S3中目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度与所述步骤S4中的势能垂直速度相加获得目标垂直速度；S6，通过对所述步骤S5中的目标垂直速度进行控制，使飞机按照预定控制规律飞行。
优选地，所述步骤S4中构造势能垂直速度的方法为，用法向过载、迎角、轴向过载和地速构造势能垂直速度，具体为，Vz_p＝(nz*sin(AOA)+nx*cos(AOA))*Vg*(1/(3s+1))，其中，Vz_p是势能垂直速度，nz是法向过载，nx是轴向过载，Vg是地速，AOA是迎角，s是拉普拉斯变换复数域。
优选地，所述步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行低通滤波的具体方法为，用时间常数为1～3的低通滤波器对计算值进行滤波。
优选地，所述步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行增益的具体方法为，对所述目标速度和当前速度做差。
优选地，所述步骤S6中的预定控制规律为，dny_AP＝(Vz_c-Vz)*k5；
其中，dny_AP是过载增量信号；Vz指垂直速度；Vz_c为目标垂直速度；K5是指垂直速度调节增益；将所述过载增量信号给电传控制系统，控制飞机按照计算dny_AP的控制规律飞行。
优选地，所述步骤S2中总的轴向过载的具体算法为，nx_g＝(k1*s/(3s+1)*D_Vias)+k2*D_Vi as，其中，nx_g为总的轴向过载；D_Vi as为目标速度和当前速度的差值；
k1取值为1/(9.81×57.3)；
s为拉普拉斯变换复数域；
k2取值为0.01～0.08。
优选地，所述步骤S3中的垂直速度具体算法为Vz_V＝k3/s*nx_g+k4*nx_g，其中，k3取值为2～8，k4取值为10～40。
本发明的有益效果在于：
本发明改变了传统自动改变高度的方式，兼顾垂直速度与速度，飞机可以定速、定时爬升或下降，不仅可以提高飞行安全，增加经济性，同时增加了飞机自动改变高度的方式，给飞行员更多的方式选择，使得自动飞行可以适应更多的任务需求。
附图说明
图1是本发明一实施例的改变飞机飞行高度的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，一种改变飞机飞行高度的控制方法，包含以下步骤：S1,根据飞机接通高度层改变时刻的目标速度，计算目标速度和当前速度的差值；S2，对所述步骤S1中目标速度和当前速度的差值进行微分，得到第一轴向过载；对目标速度与当前速度的差值进行低通滤波，然后对经过低通滤波的差值进行增益得到第二轴向过载；将第一轴向过载与第二轴向过载相加得到总的轴向过载；S3，对所述步骤S2中得到的相加后的总的轴向过载进行比例积分控制，得到目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度；S4，构造飞机的势能垂直速度，所述势能垂直速度是指当前状态下，飞机在垂直方向上剩余能量的速度；S5，将所述步骤S3中目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度与所述步骤S4中的势能垂直速度相加获得目标垂直速度；S6，通过对所述步骤S5中的目标垂直速度进行控制，使飞机按照预定控制规律飞行。
在本实施例中，所述步骤S4中构造势能垂直速度的方法为，用法向过载、迎角、轴向过载和地速构造势能垂直速度，具体为，Vz_p＝(nz*sin(AOA)+nx*cos(AOA))*Vg*(1/(3s+1))，其中，Vz_p是势能垂直速度，nz是法向过载，nx是轴向过载，Vg是地速，AOA是迎角，s是拉普拉斯变换复数域。
在本实施例中，所述步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行低通滤波的具体方法为，用时间常数为1.67的低通滤波器对计算值进行滤波。
可以理解的是，在本实施例中，步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行低通滤波，选用的低通滤波器的时间常数可以在1～3之间任意选取。例如，在一个备选实施例中，步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行低通滤波，选用的低通滤波器的时间常数为1.5；在另一个备选实施例中，步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行低通滤波，选用的低通滤波器的时间常数为2.5。
在本实施例中，所述步骤S2中对所述目标速度和现时速度的差值进行增益的具体方法为，对所述目标速度和当前速度做差。
在本实施例中，所述步骤S6中的预定控制规律为，dny_AP＝(Vz_c-Vz)*k5；
其中，dny_AP是过载增量信号；Vz指垂直速度；Vz_c为目标垂直速度；K5是指垂直速度调节增益；将所述过载增量信号给电传控制系统，控制飞机按照计算dny_AP的控制规律飞行。
在本实施例中，所述步骤S2中总的轴向过载的具体算法为，nx_g＝(k1*s/(3s+1)*D_Vi as)+k2*D_Vi as，其中，nx_g为总的轴向过载；D_Vi as为目标速度和当前速度的差值；
k1取值为1/(9.81×57.3)；
s为拉普拉斯变换复数域；
k2取值为0.01～0.08。
可以理解的是，K2的取值根据飞机型号的不同取值不同，根据实际情况，可以在0.01至0.08之间任意选取。
在本实施例中，所述步骤S3中的垂直速度具体算法为Vz_V＝k3/s*nx_g+k4*nx_g，其中，k3取值为2～8，k4取值为10～40。
可以理解的是，K3、K4的取值根据飞机型号的不同取值不同，根据实际情况，K3的取值可以在2至8之间任意选取，K4的取值可以在10至40之间任意选取。
具体的，以某型有人驾驶固定翼飞机为例，飞行重量135t，正常重心，飞行高度3000m时接通高度层改变模态，目标高度5000m，当前速度400km/h，目标速度500km/h，正常起飞构型：
根据飞机接通高度层改变时刻的目标速度，计算目标速度500km/h和现时速度的差值D_Vias；
对D_Vias进行微分得到轴向过载，同时对目标速度和现时速度的差值进行低通滤波再经过增益得到另一路轴向过载，两个轴向过载相加；具体算法如下：nx_g＝(k1*s/(3s+1)*D_Vias)+k2*D_Vias*(3/(5s+3))
其中，k1为0.028316，k2为0.03；
对相加后的轴向过载进行比例积分控制得到速度差对应的垂直速度Vz_V，具体算法如下：
Vz_V＝k3/s*nx_g+k4*nx_g
其中，k3为2.0，k4为40；
用法向过载、迎角、轴向过载和地速构造势能垂直速度Vz_p，具体算法如下：Vz_p＝(nz*sin(AOA)+nx*cos(AOA))*Vg
势能垂直速度与速度差对应的垂直速度相加获得目标垂直速度Vz_c，即是：Vz_c＝Vz_V+Vz_p
对此目标速度进行垂直速度控制，即可实现自动改变高度时控制速度的同时兼顾垂直速度，具体如下：
dny_AP＝(Vz_c-Vz)*k5
其中，k3为2.0，k5为0.025；
其中dny_AP是过载增量信号，给电传控制系统，控制飞机按照计算dny_AP的控制规律飞行；
按照以上控制规律控制飞机可自动爬升到目标高度5000m。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种改变飞机飞行高度的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1,根据飞机接通高度层改变时刻的目标速度，计算目标速度和当前速度的差值；
S2，对所述步骤S1中目标速度和当前速度的差值进行微分，得到第一轴向过载；对目标速度与当前速度的差值进行低通滤波，然后对经过低通滤波的差值进行增益得到第二轴向过载；将第一轴向过载与第二轴向过载相加得到总的轴向过载；
S3，对所述步骤S2中得到的相加后的总的轴向过载进行比例积分控制，得到目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度；
S4，构造飞机的势能垂直速度，所述势能垂直速度是指当前状态下，飞机在垂直方向上剩余能量的速度；
S5，将所述步骤S3中目标速度和当前速度的差值对应的垂直速度与所述步骤S4中的势能垂直速度相加获得目标垂直速度；
S6，通过对所述步骤S5中的目标垂直速度进行控制，使飞机按照预定控制规律飞行。
2.如权利要求1所述的改变飞机飞行高度的控制方法，其特征在于：所述步骤S4中构造势能垂直速度的方法为，用法向过载、迎角、轴向过载和地速构造势能垂直速度，具体为，Vz_p＝(nz*sin(AOA)+nx*cos(AOA))*Vg*(1/(3s+1))，其中，Vz_p是势能垂直速度，nz是法向过载，nx是轴向过载，Vg是地速，AOA是迎角，s是拉普拉斯变换复数域。
3.如权利要求1所述的改变飞机飞行高度的控制方法，其特征在于：所述步骤S2中对所述目标速度和当前速度的差值进行低通滤波的具体方法为，用时间常数为1～3的低通滤波器对计算值进行滤波。
4.如权利要求1所述的改变飞机飞行高度的控制方法，其特征在于：所述步骤S6中的预定控制规律为，dny_AP＝(Vz_c-Vz)*k5；
其中，dny_AP是过载增量信号；Vz指垂直速度；Vz_c为目标垂直速度； k5 是指垂直速度调节增益；将所述过载增量信号给电传控制系统，控制飞机按照计算dny_AP的控制规律飞行。
5.如权利要求1所述的改变飞机飞行高度的控制方法，其特征在于：所述步骤S2中总的轴向过载的具体算法为，nx_g＝(k1*s/(3s+1)*D_Vias)+k2*D_Vias，其中，nx_g为总的轴向过载；D_Vias为目标速度和当前速度的差值；
k1取值为1/(9.81×57.3)；
s为拉普拉斯变换复数域；
k2取值为0.01～0.08。
6.如权利要求1所述的改变飞机飞行高度的控制方法，其特征在于：所述步骤S3中的垂直速度具体算法为Vz_V＝k3/s*nx_g+k4*nx_g，
其中，k3取值为2～8，k4取值为10～40。
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