CN112433534B - 一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法 - Google Patents

一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，具体如下：副翼舵采用定滚转角速率控制的策略，将无人机的飞行姿态由正飞改变成为倒扣飞行；整个滚转过程中，方向舵采用增稳协调消侧滑角的控制策略，使无人机处于无侧滑角飞行状态；在飞行姿态改变后，采用不同的控制策略改变无人机的航向角，当航向角改变量小于180°时，升降舵采用定俯仰角速率控制策略；当航向角改变量等于180°时，升降舵采用定俯仰角控制策略；在航向角改变量等于180°时，副翼舵采用翼平控制策略；在整个机动飞行过程中，发动机采用定空速的控制策略。本发明提出基于多控制通道协同、典型控制模态无忧平滑切换的控制技术，在工程上易于实现，具有重要的工程实用价值。

Description

一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法
技术领域
本发明涉及一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，属于航空器飞行控制中的飞翼无人机机动飞行控制领域。
背景技术
目前，针对飞翼布局无人机的研究主要集中在常规飞行，在机动飞行领域，针对飞翼无人机技术研究基本停留在摸索阶段。在飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制领域的研究，更是少之又少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，该方法解决了半滚倒转机动过程中的控制模态问题，通过纵向升降舵控制通道与副翼舵控制通道的协调配合，完成半滚倒转机动飞行动作。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，利用飞翼无人机的升降舵、副翼舵和方向舵协同配合，实现半滚倒转机动飞行动作；具体过程如下：
在副翼舵控制通道中采用定滚转角速率控制的控制策略，实现飞翼无人机的滚转，将飞翼无人机的飞行姿态由正飞改变成为倒扣飞行；
飞翼无人机整个滚转过程中，在方向舵控制通道中采用增稳协调消侧滑角的控制策略，使飞翼无人机处于无侧滑角飞行状态；
在飞翼无人机飞行姿态改变后，采用不同的控制策略改变飞翼无人机的航向角，具体为：当航向角改变量小于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角速率的控制策略来改变飞翼无人机的航向角；当航向角改变量等于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角的控制策略来改出当前机动飞行状态；
在航向角改变量等于180°时，在副翼舵控制通道中采用翼平控制策略，实现半滚倒转机动飞行；
在整个机动飞行过程中，飞翼无人机的发动机通道采用定空速控制的控制策略。
作为本发明的一种优选方案，所述在副翼舵控制通道中采用定滚转角速率控制的控制策略，控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002777187020000021
Pg＝const
其中，δA为副翼舵控制输入指令，P为滚转角速率信号，Pg为滚转角速率指令信号，
Figure BDA0002777187020000022
为滚转角速率比例系数，
Figure BDA0002777187020000023
为滚转角速率积分系数，const为常值，t为时间。
作为本发明的一种优选方案，所述在方向舵控制通道中采用增稳协调消侧滑角的控制策略，控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002777187020000024
其中，δR为方向舵控制输入指令，R为偏航角速率信号，β为侧滑角信号，
Figure BDA0002777187020000025
为偏航角速率比例系数，
Figure BDA0002777187020000026
为侧滑角比例系数，
Figure BDA0002777187020000027
为侧滑角积分系数，t为时间。
作为本发明的一种优选方案，所述当航向角改变量小于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角速率的控制策略来改变飞翼无人机的航向角，控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002777187020000028
Qg＝cosnt
其中，δE为升降舵控制输入，Q为俯仰角速率信号，Qg为俯仰角速率指令信号，
Figure BDA0002777187020000029
为俯仰角速率比例项系数，
Figure BDA00027771870200000210
为俯仰角速率积分项系数，cosnt为常值，t为时间。
作为本发明的一种优选方案，所述当航向角改变量等于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角控制策略来改出当前机动飞行状态，控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002777187020000031
Figure BDA0002777187020000032
其中，δE为升降舵控制输入，Q为俯仰角速率信号，Qg为俯仰角速率指令信号，θ为俯仰角信号，θg俯仰角指令信号，
Figure BDA0002777187020000033
为俯仰角速率比例项系数，
Figure BDA0002777187020000034
为俯仰角速率积分项系数，
Figure BDA0002777187020000035
为俯仰角比例系数，t为时间。
作为本发明的一种优选方案，所述在副翼舵控制通道中采用翼平控制策略，控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002777187020000036
Figure BDA0002777187020000037
φg＝0°
其中，δA为副翼舵控制输入指令，P为滚转角速率信号，Pg为滚转角速率指令信号，φ为无人机滚转角信号，φg为滚转角指令信号，
Figure BDA0002777187020000038
为滚转角速率比例系数，
Figure BDA0002777187020000039
为滚转角速率积分系数，
Figure BDA00027771870200000310
为滚转角比例系数，t为时间。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明克服飞翼布局无人机机动飞行的难点，充分发挥出飞翼气动布局无人机的机动飞行能力，实现半滚倒转机动动作，具有重要的战术价值。
2、本发明实现半滚倒转机动飞行动作，其控制策略可以大面积推广至其他无人机机动飞行控制中，甚至可以推广至有人战斗机上，大幅度提高战斗机的空战能力，大幅度降低飞行员的空战负荷，具有重要的军事价值。
3、本发明提出基于角速率控制的控制策略，充分发挥出飞翼布局无人机的灵巧性，同时提高机动飞行的鲁棒性，改善机动飞行的控制品质。
4、本发明创新性的机动分模态、分阶段控制，简化了控制过程，利于工程实现。该控制策略可以推广至有人战斗机俯冲机动改出过程中，该技术具有天然的改出优势，不需要人工干预，具备自动改出和自稳定的能力。
附图说明
图1是本发明一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法的流程图。
图2是副翼舵滚转角速率控制回路。
图3是方向舵增稳消侧滑角控制回路。
图4是升降舵定俯仰角速率控制回路。
图5是升降舵定俯仰角控制回路。
图6是副翼舵滚转角速率控制回路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提出一种飞翼布局无人机半滚倒转机动飞行控制方法，飞翼无人机的纵向升降舵与横侧向副翼舵、方向舵协同配合，实现半滚倒转机动飞行动作；所述过程为：首先副翼舵操纵控制舵面采用固定滚转速度的策略实现无人机的快速滚转，将无人机的飞行姿态由“正飞”改变成为“倒扣”飞行。在整个滚转过程中方向舵采用增稳协调消侧滑角的控制策略；其次，在无人机飞行姿态改变后，采用不同的控制策略改变飞翼无人机的航向角，具体为：当航向角改变量小于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角速率的控制策略来改变飞翼无人机的航向角；当航向角改变量等于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角的控制策略来改出当前机动飞行状态；副翼舵采用翼平控制策略；在整个机动飞行过程中，发动机控制策略采用定空速控制，保证无人机的飞行安全。
设计副翼舵控制通道快速滚转的控制策略。副翼舵操纵控制舵面采用固定滚转速度的测试实现无人机的快速滚转，将无人机的飞行姿态由“正飞”改变成为“倒扣”飞行并保持。副翼舵滚转角速率控制回路如图2所示，设计副翼快速拉起的控制策略如下：
Figure BDA0002777187020000041
Pg＝const
其中，δA为副翼舵控制输入指令，P为滚转角速率信号，Pg为滚转角速率指令信号，
Figure BDA0002777187020000042
为滚转角速率比例系数，
Figure BDA0002777187020000043
为滚转角速率积分系数，const为常值，t为时间。
设计方向舵控制通道增稳消侧滑角的控制策略。在方向舵控制通道中采用增稳协调消侧滑角的控制策略实现滚转过程中处于基本无侧滑角飞行状态，方向舵增稳消侧滑角控制回路如图3所示，其对应的控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002777187020000051
其中，δR为方向舵控制输入指令，R为偏航角速率信号，β为侧滑角信号，
Figure BDA0002777187020000052
为偏航角速率比例系数，
Figure BDA0002777187020000053
为侧滑角比例系数，
Figure BDA0002777187020000054
为侧滑角积分系数。
设计升降舵拉起控制策略以及后续改出控制策略。在升降舵控制通道中采用快速拉起以及改出保持姿态角控制。在无人机航向角改变量小于180°时，升降舵采用定俯仰角速率的控制策略，升降舵定俯仰角速率控制回路如图4所示，在航向角改变量等于180°时，升降舵采用定俯仰角控制，升降舵定俯仰角控制回路如图5所示，其控制策略数学表达式分别如下：
航向角改变量小于180°时：
Figure BDA0002777187020000055
Qg＝cosnt
航向角改变量等于180°时：
Figure BDA0002777187020000056
Figure BDA0002777187020000057
其中，δE为升降舵控制输入，Q为俯仰角速率信号，θ为俯仰角信号，θg俯仰角指令信号，Qg为俯仰角速率指令信号，θg为俯仰角指令信号，
Figure BDA0002777187020000058
为俯仰角速率比例项系数，
Figure BDA0002777187020000059
为俯仰角速率积分项系数，
Figure BDA00027771870200000510
为俯仰角比例系数，cosnt为常值。
设计改出段副翼控制通道的控制策略。在无人机航向角改变量等于180°，副翼舵控制通道采用翼平的控制策略，副翼舵滚转角速率控制回路如图6所示，其控制策略数学表达式如下：
Figure BDA00027771870200000511
Figure BDA00027771870200000512
φg＝0°
其中，δA为副翼舵控制输入指令，P为滚转角速率信号，Pg为滚转角速率指令信号，φ为无人机滚转角信号，φg为滚转角指令信号，
Figure BDA0002777187020000061
为滚转角速率比例系数，
Figure BDA0002777187020000062
为滚转角速率积分系数，
Figure BDA0002777187020000063
为滚转角比例系数。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，其特征在于，利用飞翼无人机的升降舵、副翼舵和方向舵协同配合，实现半滚倒转机动飞行动作；具体过程如下：
在副翼舵控制通道中采用定滚转角速率控制的控制策略，实现飞翼无人机的滚转，将飞翼无人机的飞行姿态由正飞改变成为倒扣飞行；
飞翼无人机整个滚转过程中，在方向舵控制通道中采用增稳协调消侧滑角的控制策略，使飞翼无人机处于无侧滑角飞行状态；
在飞翼无人机飞行姿态改变后，采用不同的控制策略改变飞翼无人机的航向角，具体为：当航向角改变量小于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角速率的控制策略来改变飞翼无人机的航向角；当航向角改变量等于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角的控制策略来改出当前机动飞行动作；
所述当航向角改变量小于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角速率的控制策略来改变飞翼无人机的航向角，控制策略数学表达式如下：
Figure FDA0003400812640000011
Qg＝cosnt
所述当航向角改变量等于180°时，在升降舵控制通道采用定俯仰角控制策略来改出当前机动飞行状态，控制策略数学表达式如下：
Figure FDA0003400812640000012
Figure FDA0003400812640000013
其中，δE为升降舵控制输入，Q为俯仰角速率信号，Qg为俯仰角速率指令信号，θ为俯仰角信号，θg俯仰角指令信号，cosnt为常值，
Figure FDA0003400812640000014
为俯仰角速率比例项系数，
Figure FDA0003400812640000015
为俯仰角速率积分项系数，
Figure FDA0003400812640000016
为俯仰角比例系数，t为时间；
在航向角改变量等于180°时，在副翼舵控制通道中采用翼平控制策略，实现半滚倒转机动飞行；
在整个机动飞行过程中，飞翼无人机的发动机通道采用定空速控制的控制策略。
2.根据权利要求1所述飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，其特征在于，所述在副翼舵控制通道中采用定滚转角速率控制的控制策略，控制策略数学表达式如下：
Figure FDA0003400812640000021
Pg＝const
其中，δA为副翼舵控制输入指令，P为滚转角速率信号，Pg为滚转角速率指令信号，
Figure FDA0003400812640000022
为滚转角速率比例系数，
Figure FDA0003400812640000023
为滚转角速率积分系数，const为常值，t为时间。
3.根据权利要求1所述飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，其特征在于，所述在方向舵控制通道中采用增稳协调消侧滑角的控制策略，控制策略数学表达式如下：
Figure FDA0003400812640000024
其中，δR为方向舵控制输入指令，R为偏航角速率信号，β为侧滑角信号，
Figure FDA0003400812640000025
为偏航角速率比例系数，
Figure FDA0003400812640000026
为侧滑角比例系数，
Figure FDA0003400812640000027
为侧滑角积分系数，t为时间。
4.根据权利要求1所述飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法，其特征在于，所述在副翼舵控制通道中采用翼平控制策略，控制策略数学表达式如下：
Figure FDA0003400812640000028
Figure FDA0003400812640000029
φg＝0°
其中，δA为副翼舵控制输入指令，P为滚转角速率信号，Pg为滚转角速率指令信号，φ为无人机滚转角信号，φg为滚转角指令信号，
Figure FDA00034008126400000210
为滚转角速率比例系数，
Figure FDA00034008126400000211
为滚转角速率积分系数，
Figure FDA00034008126400000212
为滚转角比例系数，t为时间。
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