CN113625545B - 一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法，包括：构造法向过载信号，用于实现电传控制系统对自动飞行控制系统纵向控制指令进行精确跟踪；获取法向过载给定值，用于实现对各自动飞行控制功能模态的指令控制；通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律，所述纵向指令控制律进行指令转换后生成纵杆操纵量，并输入电传飞行控制律完成飞机纵向控制。本申请的纵向指令控制方法不依赖外部设备，对硬件设备无特殊要求，易于实现和推广，具有应用性强、鲁棒性强、使用方便等特点，仅需要适应性更改部分参数即可应用于绝大多数使用数字电传的飞机控制系统中，可以极大的减轻飞行员的负担。
Description
技术领域
本申请属于飞行控制技术领域，特别涉及一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法。
背景技术
随着飞行任务的不断复杂变化，以及对飞机性能的要求越来越高，现代飞机不仅要求飞行距离越来越远、飞行高度越来越高，而且还要求飞机具有良好的控制精度，由此自动飞行控制系统边应运而生。自动飞行控制系统相对于人工飞行控制系统而言，其可以替代或者辅助飞行员完成飞机的部分飞行控制功能(例如气压高度自动保持等)，从而减轻飞行员负担。
早期对于没有采用电传控制系统的飞机，驾驶仪是包括相关舵面的伺服作动器(舵机或者助力器)或者控制增稳系统的。对于后来采用电传控制系统的飞机，自动飞行控制系统的输出指令通过电传控制系统实现舵面运动的控制，即伺服作动和控制增稳部分划分为电传控制系统。
然而随着航空电子技术的发展，自动飞行控制也越来越复杂。初期的自动飞行控制只是简单的姿态控制和高度控制，到了后来开始结合任务系统而出现较复杂的自动飞行控制功能，例如导航和自动着陆。
鉴于自动飞行控制系统应用越来越复杂，使用频率越来越高，因此对于自动飞行控制系统使用的安全性要求越来越高，现有电传控制系统的控制采用指令控制增稳实现无静差控制，自动飞行控制亦要适应此类改变，完成相应纵向指令控制方法设计，同时保证不出现驾驶员与自动飞行控制系统混合操纵，保证电传系统只接收单一控制信号。
发明内容
本申请的目的是提供了一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法及装置，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
在第一方面，本申请提供的技术方案是：一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法，所示方法包括：
构造法向过载信号，用于实现电传控制系统对自动飞行控制系统纵向控制指令进行精确跟踪；
获取法向过载给定值，用于实现对各自动飞行控制功能模态的指令控制；
通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律，所述纵向指令控制律进行指令转换后生成纵杆操纵量，并输入电传飞行控制律完成飞机纵向控制，转换后的纵向指令控制律为：
式中，nygz为构造的法向过载信号，nyG为自动飞行控制律解算的法向过载给定值，K1为自动飞行控制系统纵向指令控制支路的增益，K2为指令转换环节增益，τ1为时间常数。
进一步的，该纵向指令控制方法还包括：
未经指令转换的所述纵向指令控制律生成纵向调效配平指令，根据所述纵向调效配平指令驱动纵向调效电机完成纵向调效配平功能。
进一步的，在通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律之前还包括对法向过载信号和/或法向过载给定值进行输入限幅。
在第二方面，本申请提供的技术方案是：一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制装置，所述装置包括：
法向过载构造模块，用于构造法向过载信号，以实现电传控制系统对自动飞行控制系统纵向控制指令进行精确跟踪；
法向过载获取模块，用于获取法向过载给定值，以实现对各自动飞行控制功能模态的指令控制；
综合处理模块，用于通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律，所述纵向指令控制律进行指令转换后生成纵杆操纵量，并输入电传飞行控制律完成飞机纵向控制，转换后的纵向指令控制律为：
式中，nygz为构造的法向过载信号，nyG为自动飞行控制律解算的法向过载给定值，K1为自动飞行控制系统纵向指令控制支路的增益，K2为指令转换环节增益，τ1为时间常数。
进一步的，所述综合处理模块还包括：
未经指令转换的所述纵向指令控制律生成纵向调效配平指令，根据所述纵向调效配平指令驱动纵向调效电机完成纵向调效配平功能。
进一步的，在通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律之前，所述综合处理模块还包括对法向过载信号和/或法向过载给定值进行输入限幅。
在第三方面，本申请提供的技术方案是：一种计算机设备，所述计算机设备包括：
处理器；
存储器；以及
存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述中任一项所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法的步骤。
在第四方面，本申请提供的技术方案是：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述中任一项所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法的步骤。
本申请提供的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法不依赖外部设备，对硬件设备无特殊要求，易于实现和推广，具有应用性强、鲁棒性强、使用方便等特点，仅需要适应性更改部分参数即可应用于绝大多数使用数字电传的飞机控制系统中，可以极大的减轻飞行员的负担。
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为本申请中的纵向指令控制方法原理图。
图2为本申请实施例中的气压高度时域仿真验证示意图。
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。
如图1所示，本申请提供的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法包括以下步骤：
首先构造法向过载信号，用于实现电传对自动飞行控制系统纵向控制指令的精确跟踪；
同时引入法向过载给定值，用于实现对各自动飞行控制功能模态的指令控制；
通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律，通过纵向指令控制律进行指令转换后生成纵杆操纵量，该纵杆操纵量输入电传飞行控制律即可完成飞机纵向控制，其中，转换后的纵向指令控制律为：
式中，nygz为构造的法向过载信号，其为电传系统杆位置输入信号，nyG为自动飞行控制律解算的法向过载给定值，K1为自动飞行控制系统纵向指令控制支路的增益、K2为指令转换环节的增益，τ1为时间常数。
本申请的控制方法适用于飞机控制系统为内环的控制系统，采用本申请所提供的控制方法，仅需给出法向过载给定值，即可确定过载响应结果及完成频域响应分析。
此外，本申请的方法中还包括如下步骤：
未经指令转换的信号生成纵向调效配平指令驱动纵向调效电机完成纵向调效配平功能，减小自动飞行控制系统退出时的瞬态响应。
需要说明的是，在构造法向过载信号及获取法向过载给定值之后，还包括对作为输入信号的法向过载信号和法向过载给定值中任一信号或全部信号进行限幅等非线性环节。
为了进一步说明本申请的控制方法的优点，本实施例中给了一组采用的控制参数，如表1所示。
表1控制参数
| 符号 | K1 | K2 |
| 数值 | 0.7852 | 3 |
参见图2所示为基于上述控制参数实现气压高度保持状态下的指令转换和未经指令转换的实施效果图(图中纵坐标含义参见表3，图中横坐标表示时间)，从图中给定法向过载nycmd和法向过载nys可以看出，当给定法向过载nycmd为1时，现实或输出的法向过载nys可以精确跟踪至，因此本申请的控制方法可以实现电传操作系统对自动飞行控制系统纵向控制指令的精确跟踪，减小自动飞行控制系统退出时的瞬态响应，同时避免了出现飞行员与自动飞行控制系统混合操纵的发生，保证电传系统只接收单一控制信号(气压高度保持在110秒左右退出自动控制状态时飞机响应瞬态小)，满足飞行员使用需求。
表2图2中纵坐标含义
| 符号(单位) | 含义 |
| nys(g) | 法向过载 |
| H(m) | 高度 |
| Ma | 马赫数 |
| ωz(°/s) | 拉起过载 |
| nycmd(g) | 法向过载给定值 |
| Vyd(m/s) | 升降速度 |
| AP_Z | 纵向控制指令 |
此外，本申请提供的技术方案是：一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器；以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述中任一项所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法的步骤。
最后，本申请提供的技术方案是：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述中任一项所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法的步骤。
本申请所提供的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法不依赖外部设备，对硬件设备无特殊要求，易于实现和推广，具有应用性强、鲁棒性强、使用方便等特点，仅需要适应性更改部分参数即可应用于绝大多数使用数字电传的飞机控制系统中，可以极大的减轻飞行员的负担。
由于目前我国飞机——特别是军用飞机大部分内环采用控制增稳方式，本申请在内环完成比例积分控制的基础开展自动飞行控制律设计，可提高自动飞行控制系统的使用安全性，在军用飞机自动飞行控制方面的有重大突破，对提高飞机的安全性具有重要意义。
本申请不仅适用于后续新研军用飞机型号，同样适用于部分现有使用数字电传的飞机，只需要更改相应的高度控制控制律程序即可实现，本申请的控制方法鲁棒性强，信号故障瞬态极小，使用安全风险极低。本申请通用性强，可在多种型号飞机移植使用，对增强我国战斗机的安全和战备水平具有重要的战略意义。
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 (8)
1.一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法，其特征在于，所示方法包括：
构造法向过载信号，用于实现电传控制系统对自动飞行控制系统纵向控制指令进行精确跟踪；
获取法向过载给定值，用于实现对各自动飞行控制功能模态的指令控制；
通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律，所述纵向指令控制律进行指令转换后生成纵杆操纵量，并输入电传飞行控制律完成飞机纵向控制，转换后的纵向指令控制律为：
式中，nygz为构造的法向过载信号，nyG为自动飞行控制律解算的法向过载给定值，K1为自动飞行控制系统纵向指令控制支路的增益，K2为指令转换环节增益，τ1为时间常数。
2.如权利要求1所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法，其特征在于，还包括：
未经指令转换的所述纵向指令控制律生成纵向调效配平指令，根据所述纵向调效配平指令驱动纵向调效电机完成纵向调效配平功能。
3.如权利要求1或2所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法，其特征在于，在通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律之前，还包括对法向过载信号和/或法向过载给定值进行输入限幅。
4.一种适应内环比例积分控制的纵向指令控制装置，其特征在于，所述装置包括：
法向过载构造模块，用于构造法向过载信号，以实现电传控制系统对自动飞行控制系统纵向控制指令进行精确跟踪；
法向过载获取模块，用于获取法向过载给定值，以实现对各自动飞行控制功能模态的指令控制；
综合处理模块，用于通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律，所述纵向指令控制律进行指令转换后生成纵杆操纵量，并输入电传飞行控制律完成飞机纵向控制，转换后的纵向指令控制律为：
式中，nygz为构造的法向过载信号，nyG为自动飞行控制律解算的法向过载给定值，K1为自动飞行控制系统纵向指令控制支路的增益，K2为指令转换环节增益，τ1为时间常数。
5.如权利要求4所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制装置，其特征在于，所述综合处理模块还包括：
未经指令转换的所述纵向指令控制律生成纵向调效配平指令，根据所述纵向调效配平指令驱动纵向调效电机完成纵向调效配平功能。
6.如权利要求4或5所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制装置，其特征在于，在通过所述法向过载信号、法向过载给定值及调节控制参数构建纵向指令控制律之前，所述综合处理模块还包括对法向过载信号和/或法向过载给定值进行输入限幅。
7.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
处理器；
存储器；以及
存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的适应内环比例积分控制的纵向指令控制方法的步骤。
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