CN112711272B - 一种飞机倾斜角构造方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞机飞行控制系统控制律设计技术领域。针对惯导余度配置水平较低的飞机，提出一种飞机倾斜角构造方法和系统，用以飞控系统功能完善，进而提升飞机操纵品质。方法包括：步骤1、根据转换成标准单位的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1；步骤2、求取倾斜角的偏航速率分量product2；步骤3、将product1、product2计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ；步骤4、将步骤3计算结果Σ除以重力加速，经反正弦计算、单位转换后形成构造倾斜角φrec。
Description
技术领域
本发明属于飞机飞行控制系统控制律设计技术领域。
背景技术
当代飞机普遍采用电传飞行控制系统，且多提供俯仰自动配平功能(飞行速度改变时，驾驶员无需人工参与配平)，这极大地减轻了驾驶员的操纵负担。但是当飞机做横滚机动(特别是倾斜转弯)时，往往还是需要驾驶员实施拉杆操纵，为此，有些飞机进一步实现了倾斜机动过程中的“掉高补偿”功能，该功能的实现依赖于实时获取飞机倾斜角度信息，因此要求必须配置余度级别与飞控系统余度相匹配的姿态信息传感器(如惯导系统、航姿系统)。
然而，部分飞机(含改进或新研)由于控制研制成本或约束全机重量等因素，无法保证传感器配置完备，或配置的余度级别较低，不能满足多余度高安全高可靠飞控系统的使用要求，从而导致飞机关键运动参数信息的“缺失”，不支持控制系统功能实现。一般地，惯导系统主要用于提供俯仰角、倾斜角、真航向角、地速等信号，供导航计算、数据显示、参数记录等适用，同时也提供给飞行控制系统，用于实现安全等级相对较低的自动控制功能，因余度水平较低，无法参与安全等级较高的人工飞行控制功能。
目前，国内飞机设计过程中碰到上述问题时，尚缺少比较有效措施来解决(飞机倾斜角信息的获取)。往往只能通过配置更多数量的惯导传感器设备(增加硬件冗余)，来提升信号的余度水平，这势必就造成了系统结构变得更加复杂、重量增加，以及设计与验证成本提高。
发明内容
发明目的
针对惯导余度配置水平较低的飞机，提出一种飞机倾斜角构造方法和系统，用以飞控系统功能完善，进而提升飞机操纵品质。
技术方案
一种飞机倾斜角构造方法，包括：
步骤1、将V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号的单位分别转换为标准单位；
步骤2、根据转换成标准单位的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1：
product1＝V×αrad×prad/s 公式(1)
其中，V是真空速、αrad是飞机迎角、prad/s是机体轴滚转角速度；
步骤3、求取倾斜角的偏航速率分量product2：
其中a、T为滤波器时间常数、s为拉普拉斯算子、rrad/s为机体轴偏航角速度；
步骤4、将product1、product2计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ：
Σ＝product2-product1-nz 公式(3)
其中nZ为飞机侧向过载系数；
步骤5、将步骤4计算结果Σ除以重力加速，经反正弦计算、单位转换后形成构造倾斜角φrec。
步骤1中V的标准单位为m/s、αrad的标准单位为rad、prad/s的标准单位为rad/s、rrad/s的标准单位为rad/s、nZ的标准单位为无。
V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号由外部传感器获得。
还包括：
步骤6、对构造获得的倾斜角信号φrec进行限幅输出保护。
限幅输出保护范围为[-45,+45]。
限幅输出保护范围为[-30,+30]。
a取为1.2、T取为0.8。
一种飞机倾斜角构造系统，包括：
第一计算单元(1)，根据转换成标准单位的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1：
product1＝V×αrad×prad/s 公式(1)
其中，V是真空速、αrad是飞机迎角、prad/s是机体轴滚转角速度；
第二计算单元(2)，求取倾斜角的偏航速率分量product2：
其中a、T为滤波器时间常数、s为拉普拉斯算子、rrad/s为机体轴偏航角速度；
综合计算单元(3)，将product1、product2计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ：
Σ＝product2-product1-nz 公式(3)
其中nZ为飞机侧向过载系数；
结果处理单元(4)，将综合计算单元(3)计算结果Σ除以重力加速，经反正弦计算、单位转换后形成构造倾斜角φrec。
还包括：
限幅输出单元(5)，对构造获得的倾斜角信号φrec进行限幅输出保护。
有益效果
本发明针对由于硬件余度配置不足导致倾斜角信号无法用于飞控系统功能设计的问题，基于机载冗余传感器可用信息，利用飞行参数间的解析余度关系，获取倾斜角信号，进一步支持飞控实现更加完善的控制功能(如掉高补偿)，提升飞机操纵品质。该专利不依赖于试验数据，在飞机工作包线范围无需增益调整，且不增加任何硬件成本，软件实现代码量小，工程适用。
附图说明
图1为本发明倾斜角构造示意图。
图2为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种飞机倾斜角构造方法，包括：
(1)将飞控计算机从外部传感器所接收的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号的单位分别转换为m/s、rad、rad/s、rad/s和无单位；
(2)根据转换后的信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1：
product1＝V×αrad×prad/s (1)
(3)求取倾斜角的偏航速率分量product2：
步骤(2)a取为1.2、T取为0.8。
(4)将步骤(2)、(3)计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ：
Σ＝product2-product1-nz (3)
(5)将第(4)步计算结果Σ除以重力加速g＝9.81m/s2，经反正弦计算(arcsin)、单位转换后形成构造倾斜角φrec；
(6)对构造获得的倾斜角信号φrec进行输出保护，即经限幅环节[-45,+45]或者[-30,+30]后输出φ，供飞行控制律功能解算使用。
如图2所示，一种飞机倾斜角构造系统，包括：
第一计算单元1，根据转换成标准单位的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1：
product1＝V×αrad×prad/s 公式(1)
其中，V是真空速、αrad是飞机迎角、prad/s是机体轴滚转角速度；
第二计算单元2，求取倾斜角的偏航速率分量product2：
其中a、T为滤波器时间常数、s为拉普拉斯算子、rrad/s为机体轴偏航角速度；
综合计算单元3，将product1、product2计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ：
Σ＝product2-product1-nz 公式(3)
其中nZ为飞机侧向过载系数；
结果处理单元4，将综合计算单元3计算结果Σ除以重力加速，经反正弦计算、单位转换后形成构造倾斜角φrec。
限幅输出单元5，对构造获得的倾斜角信号φrec进行限幅输出保护。
Claims (9)
1.一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，包括：
步骤1、将V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号的单位分别转换为标准单位；
步骤2、根据转换成标准单位的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1：
product1＝V×αrad×prad/s 公式(1)
其中，V是真空速、αrad是飞机迎角、prad/s是机体轴滚转角速度；
步骤3、求取倾斜角的偏航速率分量product2：
其中a、T为滤波器时间常数、s为拉普拉斯算子、rrad/s为机体轴偏航角速度；
步骤4、将product1、product2计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ：
Σ＝product2-product1-nz 公式(3)
其中nZ为飞机侧向过载系数；
步骤5、将步骤4计算结果Σ除以重力加速，经反正弦计算、单位转换后形成构造倾斜角φrec。
2.如权利要求1所述的一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，
步骤1中V的标准单位为m/s、αrad的标准单位为rad、prad/s的标准单位为rad/s、rrad/s的标准单位为rad/s、nZ的标准单位为无。
3.如权利要求2所述的一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，
V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号由外部传感器获得。
4.如权利要求1所述的一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，还包括：
步骤6、对构造获得的倾斜角信号φrec进行限幅输出保护。
5.如权利要求4所述的一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，
限幅输出保护范围为[-45,+45]。
6.如权利要求4所述的一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，
限幅输出保护范围为[-30,+30]。
7.如权利要求1所述的一种飞机倾斜角构造方法，其特征在于，
a取为1.2、T取为0.8。
8.一种飞机倾斜角构造系统，其特征在于，包括：
第一计算单元(1)，根据转换成标准单位的V、αrad、prad/s、rrad/s、nZ信号，计算倾斜角的滚转速率分量product1：
product1＝V×αrad×prad/s 公式(1)
其中，V是真空速、αrad是飞机迎角、prad/s是机体轴滚转角速度；
第二计算单元(2)，求取倾斜角的偏航速率分量product2：
其中a、T为滤波器时间常数、s为拉普拉斯算子、rrad/s为机体轴偏航角速度；
综合计算单元(3)，将product1、product2计算结果与飞机侧向过载系数nz综合，获得Σ：
Σ＝product2-product1-nz 公式(3)
其中nZ为飞机侧向过载系数；
结果处理单元(4)，将综合计算单元(3)计算结果Σ除以重力加速，经反正弦计算、单位转换后形成构造倾斜角φrec。
9.如权利要求8所述的一种飞机倾斜角构造系统，其特征在于，还包括：
限幅输出单元(5)，对构造获得的倾斜角信号φrec进行限幅输出保护。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393200A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-03-28 | 西北工业大学 | 基于飞行仿真的通用惯导测试方法 |
| CN104656659A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-05-27 | 南京航空航天大学 | 舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法 |
| CN106774361A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 北京航空航天大学 | 一种基于前馈和反馈复合控制的航母舰载机着舰的舰艉流抑制方法 |
| CN107783429A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-09 | 北京蓝天航空科技股份有限公司 | 一种通用飞行模拟器自动飞行控制仿真系统 |
| KR102112290B1 (ko) * | 2018-11-12 | 2020-05-18 | 한국항공우주연구원 | 틸트로터형 항공기의 자동 회전 제어 시스템 및 방법 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393200A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-03-28 | 西北工业大学 | 基于飞行仿真的通用惯导测试方法 |
| CN104656659A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-05-27 | 南京航空航天大学 | 舰载机滑跃起飞自动飞行控制方法 |
| CN107783429A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-09 | 北京蓝天航空科技股份有限公司 | 一种通用飞行模拟器自动飞行控制仿真系统 |
| CN106774361A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 北京航空航天大学 | 一种基于前馈和反馈复合控制的航母舰载机着舰的舰艉流抑制方法 |
| KR102112290B1 (ko) * | 2018-11-12 | 2020-05-18 | 한국항공우주연구원 | 틸트로터형 항공기의 자동 회전 제어 시스템 및 방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《非线性动态逆方法在飞行控制律设计中的应用》;邓婷婷等;《计算机测量与控制》;20130531;第21卷(第5期);第1236-1239页 * |
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