CN113848972B - 一种大型飞机水平导航自动控制方法 - Google Patents

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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/106—Change initiated in response to external conditions, e.g. avoidance of elevated terrain or of no-fly zones

Abstract

本申请属于航空技术领域，特别涉及一种大型飞机水平导航自动控制方法。包括：步骤一、获取偏航距以及偏航角，并根据所述偏航距以及所述偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量；步骤二、获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量；步骤三、将所述目标滚转角控制量以及所述目标滚转角补偿量进行叠加，得到总目标滚转角控制量，并根据所述总目标滚转角控制量进行滚转角控制。本申请根据偏航距和偏航角信号，采用比例控制算法控制飞机沿着规划直线航路飞行，在需要转弯的位置，根据转弯半径和转弯方向，控制飞机沿规划弧线航路飞行，降低了飞行员航路长时间飞行的工作负担。

Description

一种大型飞机水平导航自动控制方法
技术领域
本申请属于飞机自动飞行控制技术领域，特别涉及一种大型飞机水平导航自动控制方法。
背景技术
受空中交通管制要求，飞机在空中都要沿着规划好的航路飞行，所以控制飞机沿着规划航路飞行就显得较为重要。空中航路并不是直线，而是折线，所以飞机在空中的水平导航方式分为直线和弧线方式。不论直线还是弧线，都要求飞机相对规划航路的侧向位移不能超过允许范围。
现有技术中还缺乏一种兼容算法，能够针对直线和弧线水平导航方式实现自动控制飞机沿着规划航路安全飞行。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种大型飞机水平导航自动控制方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种大型飞机水平导航自动控制方法，包括：
步骤一、获取偏航距以及偏航角，并根据所述偏航距以及所述偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量；
步骤二、获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量；
步骤三、将所述目标滚转角控制量以及所述目标滚转角补偿量进行叠加，得到总目标滚转角控制量，并根据所述总目标滚转角控制量进行滚转角控制。
在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，所述获取偏航距以及偏航角，并根据所述偏航距以及所述偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量包括：
获取偏航距Dz，将所述偏航距Dz乘以经地速Vg调参的增益K1计算出对应的偏航角控制量Dz_pesi：
Dz_pesi＝Dz*K1
将所述偏航角控制量Dz_pesi经过±45°限幅，得到限幅后的偏航角控制量Dz_pesi_45；
获取偏航角Delta_pesi，将偏航角控制量Dz_pesi_45与偏航角Delta_pesi进行求和，并将求和后的值乘以经地速Vg调参的增益K2计算出直线水平导航方式的目标滚转角控制量D_Bank_C：
D_Bank_C＝(Dz_pesi_45+Delta_pesi)*K2。
在本申请的至少一个实施例中，所述增益K1取值为0.011～0.058。
在本申请的至少一个实施例中，所述增益K2取值为0.6～3.4。
在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，所述获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量包括：
获取弧线水平导航方式的转弯半径R以及转弯方向turn_d；
计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量R_Bank_C：
R_Bank_C＝arctan(Vg2/(R*g))*turn_d
其中，转弯方向turn_d取值为+1或-1，+1表示右转弯，-1表示左转弯。
在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，所述将所述目标滚转角控制量以及所述目标滚转角补偿量进行叠加，得到总目标滚转角控制量包括：
将所述目标滚转角控制量D_Bank_C以及所述目标滚转角补偿量R_Bank_C进行叠加，得到总目标滚转角控制量Bank_C：
Bank_C＝D_Bank_C+R_Bank_C。
在本申请的至少一个实施例中，在得到总目标滚转角控制量后，还包括对所述总目标滚转角控制量Bank_C进行±30°限幅。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的大型飞机水平导航自动控制方法，兼顾直线和弧线水平导航方式，根据偏航距和偏航角信号，采用比例控制算法控制飞机沿着规划直线航路飞行，在需要转弯的位置，根据转弯半径和转弯方向，控制飞机沿规划弧线航路飞行，降低了飞行员航路长时间飞行的工作负担。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的大型飞机水平导航自动控制方法流程图；
图2是本申请一个实施方式的大型飞机水平导航自动控制方法设计原理图。
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。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种大型飞机水平导航自动控制方法，包括以下步骤：
S100、获取偏航距以及偏航角，并根据偏航距以及偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量；
S200、获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量；
S300、将目标滚转角控制量以及目标滚转角补偿量进行叠加，得到总目标滚转角控制量，并根据总目标滚转角控制量进行滚转角控制。
本申请的大型飞机水平导航自动控制方法，步骤S100中，获取偏航距以及偏航角，并根据偏航距以及偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量包括：
获取偏航距Dz，将偏航距Dz乘以经地速Vg调参的增益K1计算出对应的偏航角控制量Dz_pesi：
Dz_pesi＝Dz*K1
其中，偏航距Dz单位为m，K1是根据地速Vg(单位为km/h，范围200-800km/h)的调参，K1取值为0.011～0.058；
将偏航角控制量Dz_pesi经过±45°限幅，得到限幅后的偏航角控制量Dz_pesi_45；
获取偏航角Delta_pesi，将偏航角控制量Dz_pesi_45与偏航角Delta_pesi进行求和，并将求和后的值乘以经地速Vg调参的增益K2计算出直线水平导航方式的目标滚转角控制量D_Bank_C：
D_Bank_C＝(Dz_pesi_45+Delta_pesi)*K2
其中，K2是根据地速Vg(单位为km/h)的调参，K2取值为0.6～3.4。
本申请的大型飞机水平导航自动控制方法，增益K1和K2的取值均与地速Vg相关，在实际计算中，可以首先根据经验数据分别获取增益K1、K2与地速Vg的换算关系折线图，在进行飞机水平导航自动控制时，直接从对应的折线图中插值出增益K1、K2的数值。
本申请的大型飞机水平导航自动控制方法，如果飞机当前处在直线水平导航方式，则设置R_Bank_C＝0；如果飞机当前处在弧线水平导航方式，则根据转弯半径R和转弯方向turn_d，计算得到弧线水平导航方式的目标滚转补偿量R_Bank_C。
进一步，步骤S200中，获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量包括：
获取弧线水平导航方式的转弯半径R以及转弯方向turn_d；
计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量R_Bank_C：
R_Bank_C＝arctan(Vg2/(R*g))*turn_d
其中，转弯半径R的单位为m，转弯方向turn_d取值为+1或-1，+1表示右转弯，-1表示左转弯，地速Vg的单位为m/s。
最后，将目标滚转角控制量D_Bank_C以及目标滚转角补偿量R_Bank_C进行叠加，得到总目标滚转角控制量Bank_C：
Bank_C＝D_Bank_C+R_Bank_C。
有利的是，本实施例中，在得到总目标滚转角控制量后，还包括对总目标滚转角控制量Bank_C经过限幅器(Bank_LimUP、Bank_LimDW)进行±30°限幅后，送给副翼通道进行滚转角控制。
本申请的大型飞机水平导航自动控制方法，将由偏航距Dz和偏航角Delta_pesi经过地速Vg调参计算的直线水平导航方式的目标滚转角控制量D_Bank_C，与由转弯半径R和转弯方向turn_d计算得到的弧线水平导航方式的目标滚转角补偿值R_Bank_C进行求和计算，得到飞机的目标滚转角Bank_C，通过控制飞机副翼运动使飞机达到目标滚转角Bank_C，进而实现飞机直线或弧线的水平导航功能。其中，直线水平导航方式的目标滚转角D_Bank_C的计算使用了两次经地速Vg的调参增益K1和K2，偏航距Dz在经调参增益K1计算后需先经过±45°的限幅，才能与输入信号偏航角Delta_pesi叠加求和；目标滚转角补偿值R_Bank_C在直线水平导航方式下取值为0，在弧线水平导航方式下根据公式计算得到。
本申请的大型飞机水平导航自动控制方法，通过飞机的偏航距、偏航角、转弯半径以及转弯方向，采用地速作为调参变量，能够使飞机在较为宽泛的速度范围内完成规划航路跟踪。虽然算法仅采用了比例增益控制方法，但算法结构上具有比例+微分的特征，其中偏航距控制为算法结构中的主控制支路，偏航角控制为偏航距的控制提供了阻尼，理论上能够保证飞机的侧向位移在当前时刻和下一时刻都在规划航线上，并保证飞机飞行过程中侧向过载较小，飞行品质较高，能够较为灵活地适应直线和弧线水平导航方式。
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 (4)

1.一种大型飞机水平导航自动控制方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取偏航距以及偏航角，并根据所述偏航距以及所述偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量；
步骤二、获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量；
步骤三、将所述目标滚转角控制量以及所述目标滚转角补偿量进行叠加，得到总目标滚转角控制量，并根据所述总目标滚转角控制量进行滚转角控制；
步骤一中，所述获取偏航距以及偏航角，并根据所述偏航距以及所述偏航角获得直线水平导航方式的目标滚转角控制量包括：
获取偏航距Dz，将所述偏航距Dz乘以经地速Vg调参的增益K1计算出对应的偏航角控制量Dz_pesi：
Dz_pesi＝Dz*K1
将所述偏航角控制量Dz_pesi经过±45°限幅，得到限幅后的偏航角控制量Dz_pesi_45；
获取偏航角Delta_pesi，将偏航角控制量Dz_pesi_45与偏航角Delta_pesi进行求和，并将求和后的值乘以经地速Vg调参的增益K2计算出直线水平导航方式的目标滚转角控制量D_Bank_C：
D_Bank_C＝(Dz_pesi_45+Delta_pesi)*K2
步骤二中，所述获取弧线水平导航方式的转弯半径以及转弯方向，计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量包括：
获取弧线水平导航方式的转弯半径R以及转弯方向turn_d；
计算出弧线水平导航方式的目标滚转角补偿量R_Bank_C：
R_Bank_C＝arctan(Vg2/(R*g))*turn_d
其中，转弯方向turn_d取值为+1或-1，+1表示右转弯，-1表示左转弯；
步骤三中，所述将所述目标滚转角控制量以及所述目标滚转角补偿量进行叠加，得到总目标滚转角控制量包括：
将所述目标滚转角控制量D_Bank_C以及所述目标滚转角补偿量R_Bank_C进行叠加，得到总目标滚转角控制量Bank_C：
Bank_C＝D_Bank_C+R_Bank_C。
2.根据权利要求1所述的大型飞机水平导航自动控制方法，其特征在于，所述增益K1取值为0.011～0.058。
3.根据权利要求1所述的大型飞机水平导航自动控制方法，其特征在于，所述增益K2取值为0.6～3.4。
4.根据权利要求1所述的大型飞机水平导航自动控制方法，其特征在于，在得到总目标滚转角控制量后，还包括对所述总目标滚转角控制量Bank_C进行±30°限幅。
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