CN111813137A - 一种靶机人在环控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航天航空无人机飞行技术领域，尤其是一种靶机人在环控制方法。其中：靶机“人在环”控制方法，靶机操作员在地面站人工操纵模拟飞行环境中控制驾驶杆、油门和脚蹬等机构，实时控制靶机，在发现危险源时做出高机动动作躲避空中武器的打击，为新型战机、武器提供机动灵活的靶试目标。本发明提出了提供的一种靶机“人在环”控制模态在飞行包线范围内飞行品质满足GJB185标准1要求，操纵特性良好，系统稳定储备满足GJB2191要求，能够实现飞行包线内稳定控制靶机姿态、实现各种战术机动的要求以及飞行边界限制等功能。

Description

一种靶机人在环控制方法
技术领域
本发明涉及航天航空无人机飞行技术领域，尤其是一种靶机人在环控制方法。
背景技术
近年无人机控制技术是一项热点技术，靶机属于无人机的一种，用于军事演习或武器试射时，作为射击训练目标的一种飞行器，为各类型火炮或导弹系统提供空中射击目标。
其中小型高机动靶机的飞控系统目前一般采用“遥控”和“程控”模式进行控制，这类“遥控”控制方法一般通过切换机上预载的自动驾驶模态实现靶机的运动控制，“程控”模式一般通过预先设置好的飞行路径实现运动控制，在空中的运动轨迹容易被预判，当无人机作为靶机在执行规避任务时，不能够根据打击对象或者监控对象进行实时控制，因此迫切需要在上述控制模式基础上增加地面站人工操纵飞行控制功能(称为“人在环”控制模式)，能够实时根据战场形势，灵活控制靶机进行空间机动动作，规避实弹打击。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明提供一种靶机“人在环”控制方法，靶机操作员在地面站人工操纵飞行环境中控制驾驶杆、油门和脚蹬等机构，控制靶机模拟真实被打击飞行器做出高机动动作躲避空中武器的打击，为新型战机、武器提供机动灵活的靶试目标。
(二)技术方案
“人在环”控制方法的核心是“人在环”控制律设计,需要充分考虑靶机操作员的操纵习惯，满足包线内稳定的飞行姿态控制，设计有各类边界限制控制手段，在靶机极限能力范围内实现各种战术机动。
纵向控制律框图如图1所示，输入信号为纵向杆位移Dz，纵向杆指令俯仰角速率，反馈信号为法向过载Nyg和俯仰角速率Wzt，实现控制增稳和法向过载限制的功能。
纵向控制律具体算法如下：
Figure BDA0002585348180000021
式中：PGD＝PICHGRD为纵向指令梯度模块，实现纵向杆位移Dz对应俯仰角速率的指令转换；
NYGL＝Nyg_LIM为法向过载保护模块，实现法向过载保护功能，在飞机法向过载接近或超出限制边界时，强制减小纵向指令输入；
Kz为纵向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的俯仰响应控制；
Figure BDA0002585348180000031
为指令支路低通滤波环节，过滤地面发射信号杂波，同时防止粗暴操纵导致的舵面偏转过快；
Kwz为俯仰角速率反馈增益，补偿俯仰阻尼改善纵向模态特性，随动压调参，与前向通道指令匹配实现纵向杆指令俯仰角速率功能；
PP_Dertz为配平平尾偏度，随动压调参；
Dertz为平尾偏度输出。
横航向控制律框图如图2所示，横向杆指令滚转角速率，输入信号为横向杆位移Dx，反馈信号为滚转角速率Wxt，实现控制增稳和滚转角速率限制的功能。脚蹬控制方向舵偏转，输入信号为脚蹬位移Dy，反馈信号为侧向过载Nzg和偏航角速率Wyt，实现控制增稳和侧向过载限制的功能。
横航向控制律具体算法如下：
Figure BDA0002585348180000032
Figure BDA0002585348180000033
式中：RGD＝ROLLGRD为横向指令梯度模块，实现横向杆指令对应滚转角速率的指令转换；
Kx为横向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的滚转响应控制；
Kwx为滚转角速率反馈增益，随动压调参，与前向通道指令匹配实现横向杆指令对应滚转角速率功能；
DTXLIMT为副翼偏度限制模块，随动压对副翼最大输出偏度进行限制，避免结构损伤；
Dertx为副翼偏度输出；
Ky为航向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的偏航响应控制；
Figure BDA0002585348180000041
为高通滤波环节；
Kwy为偏航角速率反馈增益，随动压调参，与前向通道指令匹配；
Knz为侧向过载反馈增益，补偿航向静安定性；
DTX_In为限幅之前的副翼解算指令；
KARI为横航向交联增益，随动压调参，改善滚转时的横航向模态特性；
DTYLIMT为方向舵偏度限制模块；
Derty为方向舵偏度输出。
(三)有益效果
本发明提出了提供的一种靶机“人在环”控制模态在飞行包线范围内飞行品质满足GJB185标准1要求，操纵特性良好，系统稳定储备满足GJB2191要求，能够实现飞行包线内稳定控制靶机姿态、实现各种战术机动的要求以及飞行边界限制等功能。
经试飞打靶验证，某型靶机增加“人在环”控制模式后，可实现各种飞行动作，包括直飞，转弯，滚动转弯，半滚倒转，S型等，可以真实模拟空战目标飞机各类规避动作，提高空战武器发射训练效能。
本专利主要是针对靶机(属于无人机的一种，用于作为射击训练目标的一种飞行器，为各类型火炮或导弹系统提供射击目标)在执行规避任务的一种控制方法或手段，传统靶机一般采用“遥控”或“程控”模式，这类“遥控”控制方法一般通过改变机上预载的自动驾驶模态实现靶机的运动控制，在空中的运动轨迹容易被预判。使用本专利靶机，与地面站人工操纵飞行环境(驾驶杆、油门、脚蹬等)配合，在“靶机操作员”的控制下进行规避机动，模拟真实被打击飞行器的响应，躲避空中武器的打击。
除了上述所描述的目的、特征和优点外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明靶机纵向控制律框图。
图2为本发明靶机横航向控制律框图。
图3为本发明靶机“人在环”控制模式机动飞行数据图(气压高度、空速、法向过载、俯仰角和滚转角)。
图4为本发明靶机“人在环”控制模式机动飞行数据图(迎角、纵向杆位移、横向杆位移、左平尾偏度和右平尾偏度)。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1、一种靶机人在环控制方法，其中：靶机“人在环”控制方法，靶机操作员在地面站人工操纵模拟飞行环境中控制驾驶杆、油门和脚蹬等机构，实时控制靶机，在发现危险源时做出高机动动作躲避空中武器的打击，为新型战机、武器提供机动灵活的靶试目标。
实施例2、一种靶机人在环控制方法，其中：核心是“人在环”控制律设计，其中包括：
“人在环”纵向控制律，通过接收地面站靶机操作员的纵向杆位移信号，和靶机实际测量的俯仰角速率信号、法向过载信号等，进行纵向控制综合解算，输出平尾偏度；
“人在环”横航向控制律，通过接收地面站靶机操作员的横向杆位移和脚蹬位移信号，和靶机实际测量的滚转角速率信号、偏航角速率信号、侧向过载信号，进行横航向控制综合解算，输出副翼偏度和方向舵偏度。其余同实施例1。
实施例3、一种靶机人在环控制方法，其中：靶机“人在环”纵向控制律包括(如图1所示)：输入信号为纵向杆位移Dz，纵向杆指令俯仰角速率，反馈信号为法向过载Nyg和俯仰角速率
Wzt，实现控制增稳和法向过载限制的功能；
纵向控制律具体算法如下：
Figure BDA0002585348180000071
式中：PGD＝PICHGRD为纵向指令梯度模块，实现纵向杆位移Dz指令对应俯仰角速率的指令转换；
NYGL＝Nyg_LIM为法向过载保护模块，实现法向过载保护功能，在飞机法向过载接近或超出限制边界时，强制减小纵向指令输入；
Kz为纵向前向通道增益，实现指令在大、小速度时的俯仰响应控制；
Figure BDA0002585348180000072
为指令支路低通滤波环节，过滤地面发射信号杂波，同时防止粗暴操纵导致的舵面偏转过快；
Kwz为俯仰角速率反馈增益，补偿俯仰阻尼改善纵向模态特性，随动压调参，与前向通道指令匹配实现纵向杆指令俯仰角速率功能；
PP_Dertz为配平平尾偏度，随动压调参；
Dertz为平尾偏度输出。其余同实施例2。
实施例4、一种靶机人在环控制方法，其中：靶机“人在环”横航向控制律(如图2所示)包括：横向杆指令滚转角速率，输入信号为横向杆位移Dx，反馈信号为滚转角速率Wxt，实现控制增稳和滚转角速率限制的功能。脚蹬控制方向舵偏转，输入信号为脚蹬位移Dy，反馈信号为侧向过载Nzg和偏航角速率Wyt，实现控制增稳和侧向过载限制的功能；
横航向控制律具体算法如下：
Figure BDA0002585348180000081
Figure BDA0002585348180000082
式中：RGD＝ROLLGRD为横向指令梯度模块，实现横向杆指令对应滚转角速率的指令转换；
Kx为横向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的滚转响应控制；
Kwx为滚转角速率反馈增益，随动压调参，与前向通道指令匹配实现横向杆指令对应滚转角速率功能；
DTXLIMT为副翼偏度限制模块，随动压对副翼最大输出偏度进行限制，避免结构损伤；
Dertx为副翼偏度输出；
Ky为航向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的偏航响应控制；
Figure BDA0002585348180000091
为高通滤波环节；
Kwy为偏航角速率反馈增益，随动压调参，与前向通道指令匹配；
Knz为侧向过载反馈增益，补偿航向静安定性；
DTX_In为限幅之前的副翼解算指令；
KARI为横航向交联增益，随动压调参，改善滚转时的横航向模态特性；
DTYLIMT为方向舵偏度限制模块；
Derty为方向舵偏度输出。其余同实施例2。
本发明的工作原理：
某型靶机为小型喷气式靶机，配备有空速管和光纤航姿系统等设备，空速管测量并解算出静压和动压信号，光纤航姿系统能够测量提供三轴过载和三轴角速率测量信号，满足“人在环”控制方法所需信号输入。
当靶机在飞行中处于“人在环”控制模式时，靶机操作员在地面站人工操纵飞行环境中通过操纵杆控制飞机的姿态；通过脚蹬直接控制方向舵偏转；通过油门杆控制飞机的动力系统。典型机动飞行数据如图3和图4所示。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种靶机人在环控制方法，其特征在于：
靶机“人在环”控制方法，靶机操作员在地面站人工操纵模拟飞行环境中控制驾驶杆、油门和脚蹬等机构，实时控制靶机，在发现危险源时做出高机动动作躲避空中武器的打击，为新型战机、武器提供机动灵活的靶试目标。
2.如权利要求1所述的一种靶机“人在环”控制方法，其特征在于：核心是“人在环”控制律设计，其中包括：
“人在环”纵向控制律，通过接收地面站靶机操作员的纵向杆位移信号，和靶机实际测量的俯仰角速率信号、法向过载信号等，进行纵向控制综合解算，输出平尾偏度；
“人在环”横航向控制律，通过接收地面站靶机操作员的横向杆位移和脚蹬位移信号，和靶机实际测量的滚转角速率信号、偏航角速率信号、侧向过载信号，进行横航向控制综合解算，输出副翼偏度和方向舵偏度。
3.如权利要求2所述的一种靶机人在环控制方法，其特征在于：靶机“人在环”纵向控制律包括：输入信号为纵向杆位移Dz，纵向杆指令俯仰角速率，反馈信号为法向过载Nyg和俯仰角速率Wzt，实现控制增稳和法向过载限制的功能；
纵向控制律具体算法如下：
Figure FDA0002585348170000011
Figure FDA0002585348170000021
式中：PGD＝PICHGRD为纵向指令梯度模块，实现纵向杆位移Dz指令对应俯仰角速率的指令转换；
NYGL＝Nyg_LIM为法向过载保护模块，实现法向过载保护功能，在飞机法向过载接近或超出限制边界时，强制减小纵向指令输入；
Kz为纵向前向通道增益，实现指令在大、小速度时的俯仰响应控制；
Figure FDA0002585348170000022
为指令支路低通滤波环节，过滤地面发射信号杂波，同时防止粗暴操纵导致的舵面偏转过快；
Kwz为俯仰角速率反馈增益，补偿俯仰阻尼改善纵向模态特性，随动压调参，与前向通道指令匹配实现纵向杆指令俯仰角速率功能；
PP_Dertz为配平平尾偏度，随动压调参；
Dertz为平尾偏度输出。
4.如权利要求2所述的一种靶机人在环控制方法，其特征在于：靶机“人在环”横航向控制律包括：横向杆指令滚转角速率，输入信号为横向杆位移Dx，反馈信号为滚转角速率Wxt，实现控制增稳和滚转角速率限制的功能。脚蹬控制方向舵偏转，输入信号为脚蹬位移Dy，反馈信号为侧向过载Nzg和偏航角速率Wyt，实现控制增稳和侧向过载限制的功能；
横航向控制律具体算法如下：
Figure FDA0002585348170000031
Figure FDA0002585348170000032
Figure FDA0002585348170000033
Figure FDA0002585348170000034
式中：RGD＝ROLLGRD为横向指令梯度模块，实现横向杆指令对应滚转角速率的指令转换；
Kx为横向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的滚转响应控制；
Kwx为滚转角速率反馈增益，随动压调参，与前向通道指令匹配实现横向杆指令对应滚转角速率功能；
DTXLIMT为副翼偏度限制模块，随动压对副翼最大输出偏度进行限制，避免结构损伤；
Dertx为副翼偏度输出；
Ky为航向前向通道增益，随动压调参，实现指令在大、小速度时的偏航响应控制；
Figure FDA0002585348170000041
为高通滤波环节；
Kwy为偏航角速率反馈增益，随动压调参，与前向通道指令匹配；
Knz为侧向过载反馈增益，补偿航向静安定性；
DTX_In为限幅之前的副翼解算指令；
KARI为横航向交联增益，随动压调参，改善滚转时的横航向模态特性；
DTYLIMT为方向舵偏度限制模块；
Derty为方向舵偏度输出。
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