CN110825115B - 一种飞机迎角和过载的极限限制控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及本申请提供了一种飞机迎角和过载的极限限制控制方法，方法包括：获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令；获取过载反馈及过载限制允许值，根据过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令；获取俯仰角速率，根据俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令；获取驾驶杆指令；根据迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现飞机迎角和过载的极限限制。本发明能够在不改变原有控制律结构和参数的基础上，仅在纵向驾驶杆增加指令限幅，实现飞机迎角和过载的限制，其要应用于不具备迎角、过载极限限制功能的电传控制系统飞机，快速提升飞机的安全性。
Description
技术领域
本申请属于飞机控制技术领域，特别涉及一种飞机迎角和过载的极限限制控制方法。
背景技术
某些飞机在空中飞行时，要频繁地作各种大迎角和大过载的机动动作。但对于常规飞机，飞行员操纵指令不能过大，否则飞机会超过迎角或过载限制，一旦飞机超限，可能出现由于气流分离而产生的飞机非指令的滚转、俯仰或偏航运动，或者出现难以忍受的抖动或结构振动等，当飞行迎角超过失速迎角后，虽然升力系数有可能继续增加，但将产生严重的纵向或横航向失稳，进而导致飞机失控，危及飞行员和飞机安全。为了减轻飞行员工作负担，实现飞机全飞行包线内“无忧虑”操纵，保证飞行安全和实现飞机最大机动能力，设计迎角、过载限制器意义重大。
目前，对于飞机迎角和过载的限制方法主要分为以下两种方式：硬件限制和软件限制。
硬件限制方法主要是采用极限状态限制舵机，当飞机迎角和过载没达到极限时，该舵机随动于驾驶杆位移，舵机活塞杆连接杆和驾驶杆连接杆之间存在固定间隙；当迎角或过载达到限制值时，该间隙缩小到零，以限制驾驶杆的进一步移动，间隙缩小到零的同时，舵机发出某个频率抖动信号，提醒/限制飞行员不可拉杆再增加迎角/过载。硬件限制方法的缺点是增加了飞机的重量、占用了飞机内部空间，同时由于机械加工存在误差，要实现精确限制比较困难。
软件限制方法主要是在控制律设计初期综合考虑迎角和过载变化，通过二级折线式软限制或动态的取大值比较逻辑等方式实现迎角、过载限制功能，由于软件限制方法需要在控制律设计初期进行一并设计，因此其无法直接应用在现有不具备迎角、过载限制功能的电传控制系统飞机上。
发明内容
本申请的目的是提供了一种飞机迎角和过载的极限限制控制方法，以解决现有技术中采用软件限制方案不能直接应用现有不具备迎角、过载极限限制功能的电传控制系统飞机的问题。
在本申请的一个方面，本申请提供了一种飞机迎角和过载的极限限制控制方法，所述方法包括：获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令；获取过载反馈及过载限制允许值，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令；获取俯仰角速率，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令；获取驾驶杆指令；根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现所述飞机迎角和过载的极限限制。
在本申请的方法中，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令，包括：将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，生成允许迎角限制指令；将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，再经过一个洗出环节生成迎角限制提前预判指令；叠加所述允许迎角限制指令和所述迎角限制提前预判指令后生成所述迎角限制指令。
在本申请的方法中，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令，包括：将所述过载反馈和过载限制允许值做差后乘以一个随动压变化的增益，再经过一个超前滞后环节，生成所述过载限制指令。
在本申请的方法中，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令，包括：将所述俯仰角速率乘以一个随动压变化的增益，在经过滤波环节和限幅环节后，生成所述俯仰速率预判指令。
在本申请的方法中，根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，包括：比较所述迎角限制指令和所述过载限制指令，取两者间最小值；将取得的所述最小值与所述俯仰速率预判指令、驾驶杆指令乘以固定增益后的指令，三者相加经过积分器后生成所述驾驶杆位移限幅指令。
在本申请的另一方面，本申请提供了一种包含可执行操作指令的非暂时性可读介质，当所述指令由处理器执行时，使所述处理器执行操作，所述操作包括：获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令；获取过载反馈及过载限制允许值，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令；获取俯仰角速率，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令；获取驾驶杆指令；根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现所述飞机迎角和过载的极限限制。
在本申请的可读介质中，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令，包括：将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，生成允许迎角限制指令；将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，再经过一个洗出环节生成迎角限制提前预判指令；叠加所述允许迎角限制指令和所述迎角限制提前预判指令后生成所述迎角限制指令。
在本申请的可读介质中，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令，包括：将所述过载反馈和过载限制允许值做差后乘以一个随动压变化的增益，再经过一个超前滞后环节，生成所述过载限制指令。
在本申请的可读介质中，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令，包括：将所述俯仰角速率乘以一个随动压变化的增益，在经过滤波环节和限幅环节后，生成所述俯仰速率预判指令。
在本申请的可读介质中，根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，包括：比较所述迎角限制指令和所述过载限制指令，取两者间最小值；将取得的所述最小值与所述俯仰速率预判指令、驾驶杆指令乘以固定增益后的指令，三者相加经过积分器后生成所述驾驶杆位移限幅指令。
本发明能够在不改变原有控制律结构和参数的基础上，仅在纵向驾驶杆增加指令限幅，实现飞机迎角和过载的限制，其要应用于不具备迎角、过载极限限制功能的电传控制系统飞机，快速提升飞机的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的飞机迎角和过载的极限限制控制方法流程图。
图2为具有本申请方法的飞机迎角和过载的限制过程示意图。
图3为本申请一实施例的驾驶杆位移大于限幅指令而飞机迎角未超越允许迎角的示意图。
图4为本申请一实施例的驾驶杆位移大于限幅指令而飞机迎角未超越允许过载的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
本申请主要针对现有技术中不具备迎角和过载极限限制功能的电传控制系统飞机，提供一种不改变现有控制律架构和参数的飞机迎角和过载的极限限制控制方法。
如图1所示，本申请的飞机迎角和过载的极限限制控制方法，主要包括以下步骤：
第一、获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令。
具体的，利用迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，生成允许迎角限制指令；利用迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，再经过一个洗出环节生成迎角限制提前预判指令；两者叠加后生成迎角限制指令。
第二、获取过载反馈及过载限制允许值，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令。
具体的，利用过载反馈和过载限制允许值做差后乘以一个随动压变化的增益，再经过一个超前滞后环节，生成过载限制指令。
第三、获取俯仰角速率，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令。
具体的，利用俯仰角速率乘以乘以一个随动压变化的增益，在经过滤波环节和限幅环节生成俯仰速率预判指令。
第四、获取驾驶杆指令。
最后、根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现所述飞机迎角和过载的极限限制。
具体的，首先综合比较迎角限制指令、过载限制指令，取两者间最小值，之后将最小值与俯仰速率预判指令及驾驶杆信号乘以固定增益后的指令三者相加经过积分器后生成驾驶杆位移限幅指令，最后，将生成的生成驾驶杆位移限幅指令接入原有控制律纵向驾驶杆前向支路，作为纵向驾驶杆拉杆方向限幅值，进行闭环仿真验证，根据不同的高度、速度状态点，利用动静压调整各条支路增益大小，优化控制律。
本申请能够在不改变原有控制律结构和参数，仅在纵向驾驶杆增加指令限幅，实现迎角和过载的软件限制，其主要应用于不具备迎角、过载极限限制功能的电传控制系统飞机，快速提升飞机的安全性。
参照图1所示的飞机迎角和过载限制流程，按照本申请的方法步骤依次生成迎角限制指令、过载限制指令、俯仰速率预判指令，综合三个信号指令及获取的驾驶杆指令生成驾驶杆位移限幅指令；将生成的生成驾驶杆位移限幅指令接入原有控制律纵向驾驶杆前向支路，如图2所示，作为纵向驾驶杆拉杆方向限幅值。
结合附图3和附图4实施例给出的部分状态点的仿真结果，在图3中：在高度3000米、马赫数0.25状态点，飞行员拉杆到底后，飞机迎角接近允许迎角，驾驶杆位移大于限幅指令，输出驾驶杆位移限幅指令进入控制律，飞机迎角未超越允许迎角；在图4中，在高度3000米、马赫数0.9状态点，飞行员拉杆到底后，飞机过载接近允许过载，驾驶杆位移大于限幅指令，输出驾驶杆位移限幅指令进入控制律，飞机迎角未超越允许过载。
在另一方面，本申请提供了一种包含可执行操作指令的非暂时性可读介质，当所述指令由处理器执行时，使所述处理器执行操作，所述操作包括：获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令；获取过载反馈及过载限制允许值，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令；获取俯仰角速率，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令；获取驾驶杆指令；根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现所述飞机迎角和过载的极限限制。
在本申请的非暂时性可读介质中，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令，包括：将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，生成允许迎角限制指令；将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，再经过一个洗出环节生成迎角限制提前预判指令；叠加所述允许迎角限制指令和所述迎角限制提前预判指令后生成所述迎角限制指令。
在本申请的非暂时性可读介质中，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令，包括：将所述过载反馈和过载限制允许值做差后乘以一个随动压变化的增益，再经过一个超前滞后环节，生成所述过载限制指令。
在本申请的非暂时性可读介质中，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令，包括：将所述俯仰角速率乘以一个随动压变化的增益，在经过滤波环节和限幅环节后，生成所述俯仰速率预判指令。
在本申请的非暂时性可读介质中，根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，包括：比较所述迎角限制指令和所述过载限制指令，取两者间最小值；将取得的所述最小值与所述俯仰速率预判指令、驾驶杆指令乘以固定增益后的指令，三者相加经过积分器后生成所述驾驶杆位移限幅指令。
本申请中所述的非暂时性可读介质(计算机可读存储介质)例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种飞机迎角和过载的极限限制控制方法，其特征在于，所述方法包括
获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令，包括：将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，生成允许迎角限制指令；将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，再经过一个洗出环节生成迎角限制提前预判指令；叠加所述允许迎角限制指令和所述迎角限制提前预判指令后生成所述迎角限制指令；
获取过载反馈及过载限制允许值，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令，包括：将所述过载反馈和过载限制允许值做差后乘以一个随动压变化的增益，再经过一个超前滞后环节，生成所述过载限制指令；
获取俯仰角速率，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令，包括：将所述俯仰角速率乘以一个随动压变化的增益，在经过滤波环节和限幅环节后，生成所述俯仰速率预判指令；
获取驾驶杆指令；
根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现所述飞机迎角和过载的极限限制，过程包括：比较所述迎角限制指令和所述过载限制指令，取两者间最小值；将取得的所述最小值与所述俯仰速率预判指令、驾驶杆指令乘以固定增益后的指令，三者相加经过积分器后生成所述驾驶杆位移限幅指令。
2.一种包含可执行操作指令的非暂时性可读介质，当所述指令由处理器执行时，使所述处理器执行操作，所述操作包括：
获取迎角反馈及迎角限制允许值，根据所述迎角反馈及迎角限制允许值生成迎角限制指令，包括：将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，生成允许迎角限制指令；将所述迎角反馈和迎角限制允许值做差后乘以固定增益，再经过一个洗出环节生成迎角限制提前预判指令；叠加所述允许迎角限制指令和所述迎角限制提前预判指令后生成所述迎角限制指令；
获取过载反馈及过载限制允许值，根据所述过载反馈及过载限制允许值生成过载限制指令，包括：将所述过载反馈和过载限制允许值做差后乘以一个随动压变化的增益，再经过一个超前滞后环节，生成所述过载限制指令；
获取俯仰角速率，根据所述俯仰角速率生成俯仰角速率预判指令，包括：将所述俯仰角速率乘以一个随动压变化的增益，在经过滤波环节和限幅环节后，生成所述俯仰速率预判指令；
获取驾驶杆指令；
根据所述迎角限制指令、过载限制指令、俯仰角速率预判指令及驾驶杆指令确定驾驶杆位移限幅指令，以实现飞机迎角和过载的极限限制，过程包括：比较所述迎角限制指令和所述过载限制指令，取两者间最小值；将取得的所述最小值与所述俯仰速率预判指令、驾驶杆指令乘以固定增益后的指令，三者相加经过积分器后生成所述驾驶杆位移限幅指令。
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| GR01 | Patent grant | ||
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