CN108873862A - 一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法 - Google Patents

一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法。其步骤包括：步骤一、修正俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型，评估大静不稳定特征点上的稳定裕度；步骤二、建立飞行器全参量非定常运动模型，通过参数拉偏的方法考核控制系统的稳定性；步骤三，综合步骤一和步骤二评估结果，得出大静不稳定气动特性下控制系统稳定性的结论。本发明通过根据修正过的小扰动线性化弹体运动数学模型和能反映飞行器实际气动特性的全参量非定常运动模型来综合评估飞行器大静不稳定特性下稳定控制系统的稳定性，解决了由于常规的小扰动线性化模型不能准确描述大静不稳定气动特性，造成稳定控制系统稳定性评估不准确的问题。

Description

一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统稳定性的综合评估方法，特别是针对飞行器大静不稳定气动特性的控制系统稳定性的综合评估方法。
背景技术
国内飞行器稳定控制系统都是根据小扰动线性化模型进行设计和评估的，随着飞行器可用攻角的增大，气动非线性的影响越来越明显，尤其是压心随攻角变化具有更大的不确定性，造成飞行器在某些飞行状态下表现为大静不稳定的气动特性。反映到描述飞行器的动力学模型，为静稳定系数a2随着攻角的变化出现大幅跳变，以及计算得到的a2表征的静不稳定度过大，小扰动线性化模型不能准确反映飞行器的气动特性，根据小扰动线性化模型对稳定控制系统进行评估也失去了其准确性。因此大静不稳定气动特性下采用修正小扰动线性化弹体运动数学模型和全参量非定常运动模型对稳定控制系统的稳定性进行评估。
目前国内在飞行器领域均无涉及针对大静不稳定气动特性下控制系统稳定性综合评估方法。
发明内容
为解决小扰动线性化模型难以准确评估大静不稳定气动特性下稳定控制系统的稳定性的问题，本发明提供一种适用于飞行器大静不稳定气动特性下的控制系统稳定性的综合评估方法。
本发明提供的一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其步骤包括：
步骤一、修正俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型，评估大静不稳定特征点上的稳定裕度；
步骤二、建立飞行器全参量非定常运动模型，通过参数拉偏的方法考核控制系统的稳定性；
步骤三，综合步骤一和步骤二评估结果，得出大静不稳定气动特性下控制系统稳定性的结论。
进一步，步骤一所述的修正过的俯偏通道定点仿真模型，修正内容为对反映静稳定性的动力系数a2进行修正，修正原则为：对于静不稳定的特征点，静稳定系数a2与舵效率系数a3的比值设定一个静不稳定度阈值dmin，一般可设定为-1，当a2/a3<dmin时，a2＝dmin×a3。
进一步，步骤一所述的修正静稳定系数a2后的俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型，按照开环波特图考核稳定性，幅值裕度和相位裕度都应满足要求。
进一步，步骤二所述的通过飞行器全参量非定常运动模型评估稳定控制系统稳定性方法为，在全参量非定常运动模型中进行舵效率和飞行器质心的组合拉偏，通过拉偏情况评估稳定控制系统的稳定性，一般舵效率拉偏为原来的70％，质心往后移动飞行器全长的1％。
进一步，步骤三中所述的综合步骤一和步骤二评估结果，得出大静不稳定气动特性下稳定控制系统的性能满足情况或结论，其中大静不稳定气动特性下稳定控制系统满足稳定性的评估标准为：同时满足步骤一和步骤二中规定的稳定性指标。
本发明的优点：通过根据修正过的小扰动线性化弹体运动数学模型和能反映飞行器实际气动特性的全参量非定常运动模型来综合评估飞行器大静不稳定特性下稳定控制系统的稳定性，解决由于常规的飞行器运动模型不能准确描述大静不稳定气动特性，造成稳定控制系统稳定性评估不准确的问题。
附图说明
图1为本发明所提供的俯仰(偏航)通道过载稳定控制回路结构示意图；
图2为本发明所提供的全参量非定常运动模型
具体实施方式
下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
结合参考图1和图2，本发明所提供的针对飞行器大静不稳定气动特性的控制系统稳定性的综合评估方法，包括：根据修正俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型评估控制系统的稳定性，修正内容为对于静不稳定的特征点，静稳定系数a2与舵效率系数a3的比值设定一个静不稳定度阈值dmin，一般可设定为-1，当a2/a3<dmin时，a2＝dmin×a3。修正a2后的俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型，按照开环波特图考核稳定性，幅值裕度和相位裕度都应满足要求。根据CFD计算数据或吹风数据建立飞行器全参量非定常运动模型，进行舵效率和飞行器质心的组合拉偏仿真，一般舵效率拉偏为原来的70％，质心往后移动飞行器全长的1％，通过拉偏情况评估稳定控制系统的稳定性。如果上述针对修正俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型的结果和针对全参量非定常运动模型的结果同时满足相应的稳定性要求，则表明在飞行器大静不稳定气动特性下控制系统稳定性满足要求。
在本发明的一个实施例中，预先根据飞行器的气动特性确定静不稳定度阈值dmin＝-1，根据稳定性指标要求确定全参量非定常运动模型舵效拉偏倍数系数m＝0.7和质心拉偏位移为后移n＝0.01×L米，L为飞行器全长。
该实施例中，具体工作流程描述如下：
1.根据小扰动线性化方法建立如图1所示的俯偏通道数学模型，a1～a5为飞行器动力系数，Vm为飞行器速度，其中a2'为修正过的动力系数，修正公式为：
在以上修正的小扰动定点数学模型的基础上开展稳定控制系统的稳定性评估；
2.根据图2搭建飞行器全参量非定常运动模型，通过做舵效拉偏m倍同时质心后移n米的拉偏仿真考核稳定控制系统的稳定性。
3.若上述小扰动定点数学模型仿真中稳定性能满足性能指标要求，且全参量非定常运动模型仿真满足拉偏稳定性要求和干扰抑制性能要求，则表明大静不稳定气动特性下控制系统稳定性满足要求。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、修正俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型，评估大静不稳定特征点上的稳定裕度；
步骤二、建立飞行器全参量非定常运动模型，通过参数拉偏的方法考核控制系统的稳定性；
步骤三，综合步骤一和步骤二评估结果，得出大静不稳定气动特性下控制系统稳定性的结论。
2.依据权利要求1所述的一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其特征在于，所述步骤一中，针对俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型的修正内容为，对于静不稳定的特征点，静稳定系数a2与舵效率系数a3的比值设定一个静不稳定度阈值dmin，当a2/a3<dmin时，a2＝dmin×a3。
3.依据权利要求2所述的一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其特征在于，所述步骤一中，修正静稳定系数a2后的俯偏通道小扰动线性化弹体运动数学模型，按照开环波特图考核稳定性，幅值裕度和相位裕度都满足要求。
4.依据权利要求1所述的一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其特征在于，所述步骤二中，评估稳定控制系统的稳定性方法为，在全参量非定常运动模型中按照一定标准进行舵效率和飞行器质心的组合拉偏，以拉偏状态下是否稳定来评估稳定控制系统的稳定性。
5.依据权利要求5所述的一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其特征在于，所述舵效率拉偏为原来的70％，质心往后移动飞行器全长的1％。
6.依据权利要求1或3所述的一种针对飞行器的控制系统稳定性的综合评估方法，其特征在于，所述步骤三中大静不稳定气动特性下稳定控制系统满足稳定性的评估标准为：同时满足步骤一和步骤二中规定的稳定性指标。
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