CN107765698B - 一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法 - Google Patents

一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于飞行控制领域。提出一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法，包括：步骤1、估计飞机的高度变化率
Figure DDA0001397940590000011
步骤2、估计阵风引起的迎角
Figure DDA0001397940590000012
步骤3、计算阵风迎角的高频信息αhp；步骤4、计算激光雷达测得阵风信息的低频信息αlp；步骤5、计算融合后的阵风信息αinteg；步骤6、计算副翼指令δail；步骤7计算扰流板指令δsp；步骤8计算升降舵指令δele；步骤9、将副翼指令δail发送给副翼控制器，将扰流板指令δsp发送给扰流板控制器，将升降舵指令δele发送给升降舵，控制副翼、扰流板和升降舵舵面偏转。

Description

一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法
技术领域
本发明属于飞行控制领域。
背景技术
阵风载荷减缓控制是一种主动控制技术，对减小飞机机翼载荷，提高乘坐舒适性有重要意义。
传统的阵风载荷减缓控制利用飞机法向过载反馈实现阵风扰动补偿。由于过载是阵风扰动引起的飞机的响应，有较大滞后，补偿效果较差。
德国宇航中心对以上方法进行了改进，通过测量阵风引起的迎角，利用直接力操纵面实现阵风补偿。由于阵风引起的迎角很难直接测量，只能利用飞机惯导和大气数据等传感器信息进行估计，由于这些传感器信息属于低频信息，难以体现阵风高频特性，所以估计效果受阵风频带影响较大。
近年来利用机载激光雷达直接测量前方阵风的技术得到快速发展，但激光雷达的测量精度受高频噪声影响较明显，测量效果还无法完全满足飞行控制的需求。
发明内容
本发明的目的是：提出一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法，将激光雷达传感器的阵风信息和惯导、大气数据传感器估计的阵风信息进行融合，结合了激光雷达传感器的低频信息和阵风迎角的高频信息，克服了激光雷达的高频噪声和阵风迎角的低频信号不准确的缺点。将得到的阵风信息经过控制律解算驱动副翼、扰流板和升降舵的偏转，有效减少了阵风引起的飞机机翼载荷、乘员感受过载、有利于减轻飞机重量和提高乘坐舒适性。
本发明的技术方案是：
一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法，包括：
步骤1、估计飞机的高度变化率
Figure GDA0002611781220000011
Figure GDA0002611781220000021
式(1)中，s是拉氏变换中的复频率，h_adc为大气数据测得的飞机高度，
Figure GDA0002611781220000022
速度计测得的垂直加速度，w为滤波器的频率；
步骤2、估计阵风引起的迎角
Figure GDA0002611781220000023
Figure GDA0002611781220000024
式(2)中，α为飞机迎角传感器测得的迎角，θ为飞机的俯仰角，V为飞机的飞行速度，ωz为飞机的俯仰角速率，rp为飞机迎角传感器相对于飞机重心在飞机纵轴上的安装位置；
步骤3、计算阵风迎角的高频信息αhp：
Figure GDA0002611781220000025
式(3)中，T为滤波器的时间常数；
步骤4、计算激光雷达测得阵风信息的低频信息αlp：
Figure GDA0002611781220000026
式(4)中，vl为激光雷达测得的垂直阵风速度；
步骤5、计算融合后的阵风信息αinteg：
αinteg＝αhp+αlp (5)
步骤6、计算副翼指令δail：
δail＝kailαinteg (6)
式(6)中，kail为副翼通道的控制增益；
步骤7、计算扰流板指令δsp：
Figure GDA0002611781220000027
式(7)中，ksp为扰流板通道的控制增益，|αinteg|为阵风信息αinteg的绝对值，αlim为扰流板控制中阵风信息的死区；
步骤8、计算升降舵指令δele：
δele＝keleδail (8)
式(8)中，kele为升降舵通道的控制增益；
步骤9、将副翼指令δail发送给副翼控制器，将扰流板指令δsp发送给扰流板控制器，将升降舵指令δele发送给升降舵控制器，控制副翼、扰流板和升降舵舵面偏转。
本发明的优点是：将激光雷达传感器的阵风信息和惯导、大气数据传感器估计的阵风信息进行融合，结合了激光雷达传感器的低频信息和阵风迎角的高频信息，克服了激光雷达的高频噪声和阵风迎角的低频信号不准确的缺点。将得到的阵风信息经过控制律解算驱动副翼、扰流板和升降舵的偏转，有效减少了阵风引起的飞机机翼载荷载荷、乘员感受过载、有利于减轻飞机重量和提高乘坐舒适性。
具体实施方式
一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法，包括：
步骤1、估计飞机的高度变化率
Figure GDA0002611781220000031
Figure GDA0002611781220000032
式(1)中，s是拉氏变换中的复频率，h_adc为大气数据测得的飞机高度，
Figure GDA0002611781220000033
速度计测得的垂直加速度，w为滤波器的频率；
步骤2、估计阵风引起的迎角
Figure GDA0002611781220000034
Figure GDA0002611781220000035
式(2)中，α为飞机迎角传感器测得的迎角，θ为飞机的俯仰角，V为飞机的飞行速度，ωz为飞机的俯仰角速率，rp为飞机迎角传感器相对于飞机重心在飞机纵轴上的安装位置；
步骤3、计算阵风迎角的高频信息αhp：
Figure GDA0002611781220000041
式(3)中，T为滤波器的时间常数；
步骤4、计算激光雷达测得阵风信息的低频信息αlp：
Figure GDA0002611781220000042
式(4)中，vl为激光雷达测得的垂直阵风速度；
步骤5、计算融合后的阵风信息αinteg：
αinteg＝αhp+αlp (5)
步骤6、计算副翼指令δail：
δail＝kailαinteg (6)
式(6)中，kail为副翼通道的控制增益；
步骤7、计算扰流板指令δsp：
Figure GDA0002611781220000043
式(7)中，ksp为扰流板通道的控制增益，|αinteg|为阵风信息αinteg的绝对值，αlim为扰流板控制中阵风信息的死区；
步骤8、计算升降舵指令δele：
δele＝keleδail (8)
式(8)中，kele为升降舵通道的控制增益；
步骤9、将副翼指令δail发送给副翼控制器，将扰流板指令δsp发送给扰流板控制器，将升降舵指令δele发送给升降舵控制器，控制副翼、扰流板和升降舵舵面偏转。
本发明将激光雷达传感器的阵风信息和惯导、大气数据传感器估计的阵风信息进行融合，结合了激光雷达传感器的低频信息和阵风迎角的高频信息，克服了激光雷达的高频噪声和阵风迎角的低频信号不准确的缺点。将得到的阵风信息经过控制律解算驱动副翼、扰流板和升降舵的偏转，有效减少了阵风引起的飞机机翼载荷载荷、乘员感受过载、有利于减轻飞机重量和提高乘坐舒适性。

Claims (1)

1.一种大型飞机垂直阵风载荷减缓控制方法，其特征在于，包括：
步骤1、估计飞机的高度变化率
Figure FDA0002611781210000011
Figure FDA0002611781210000012
式(1)中，s是拉氏变换中的复频率，h_adc为大气数据测得的飞机高度，
Figure FDA0002611781210000013
速度计测得的垂直加速度，w为滤波器的频率；
步骤2、估计阵风引起的迎角
Figure FDA0002611781210000014
Figure FDA0002611781210000015
式(2)中，α为飞机迎角传感器测得的迎角，θ为飞机的俯仰角，V为飞机的飞行速度，ωz为飞机的俯仰角速率，rp为飞机迎角传感器相对于飞机重心在飞机纵轴上的安装位置；
步骤3、计算阵风迎角的高频信息αhp：
Figure FDA0002611781210000016
式(3)中，T为滤波器的时间常数；
步骤4、计算激光雷达测得阵风信息的低频信息αlp：
Figure FDA0002611781210000017
式(4)中，vl为激光雷达测得的垂直阵风速度；
步骤5、计算融合后的阵风信息αinteg：
αinteg＝αhp+αlp (5)
步骤6、计算副翼指令δail：
δail＝kailαinteg (6)
式(6)中，kail为副翼通道的控制增益；
步骤7、计算扰流板指令δsp：
Figure FDA0002611781210000021
式(7)中，ksp为扰流板通道的控制增益，|αinteg|为阵风信息αinteg的绝对值，αlim为扰流板控制中阵风信息的死区；
步骤8、计算升降舵指令δele：
δele＝keleδail (8)
式(8)中，kele为升降舵通道的控制增益；
步骤9、将副翼指令δail发送给副翼控制器，将扰流板指令δsp发送给扰流板控制器，将升降舵指令δele发送给升降舵控制器，控制副翼、扰流板和升降舵舵面偏转。
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