CN113917941B - 一种大型飞机高度保持自动控制方法 - Google Patents

Abstract

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高度保持自动控制方法。包括：步骤一、获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据目标高度、实际高度以及垂直地速计算出法向过载控制量；步骤二、获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据俯仰角以及滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量；步骤三、获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据滚转角以及滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量；步骤四、将所述法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令，并根据所述法向过载控制指令实现飞机的高度保持自动控制。

Description

一种大型飞机高度保持自动控制方法

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高度保持自动控制方法。

背景技术

高度保持模态是飞机自动飞行控制的一种重要模态，空中飞行和进场着陆都需要高度保持功能。高度保持的性能是影响空域运行安全的重要因素。飞机在进行高度保持的同时，可能还在进行滚转运动，侧向的运动可能直接影响到高度保持的性能，所以需要对其进行高度补偿。

现有技术中采用目标高度和实际高度差进行比例控制，加上垂直速度作为阻尼实现高度控制，缺点是在滚转时会出现掉高或者增高，影响飞机的飞行安全。

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高度保持自动控制方法，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：

一种大型飞机高度保持自动控制方法，包括：

步骤一、获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据所述目标高度、所述实际高度以及所述垂直地速计算出法向过载控制量；

步骤二、获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据所述俯仰角以及所述滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量；

步骤三、获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据所述滚转角以及所述滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量；

步骤四、将所述法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令，并根据所述法向过载控制指令实现飞机的高度保持自动控制。

在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，所述获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据所述目标高度、所述实际高度以及所述垂直地速计算出法向过载控制量包括：

获取目标高度D_H以及实际高度H_P，将所述目标高度D_H经过惯性环节后与所述实际高度H_P做差，得到高度差Delta_H：

获取垂直地速Vz，将所述高度差Delta_H乘以增益Kh2，再加上垂直地速Vz乘以增益Kvz，得到法向过载控制量Delta_nz：

其中，Kh1取值为0.0025，Kh2取值为0.025。

在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，所述获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据所述俯仰角以及所述滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量包括：

获取飞机的俯仰角THETA以及滚转角GAMA；

根据所述俯仰角THETA以及所述滚转角GAMA计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1：

在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，所述获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据所述滚转角以及所述滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量包括：

获取飞机的滚转角GAMA以及滚转角速率W_X；

根据所述滚转角GAMA以及所述滚转角速率W_X计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量Delta_nz2：

在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，所述将所述法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令包括：

将所述法向过载控制量Delta_nz、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量Delta_nz2进行叠加，得到法向过载控制指令Delta_nz_base：

Delta_nz_base＝Delta_nz+Delta_nz1+Delta_nz2。

在本申请的至少一个实施例中，在得到法向过载控制指令Delta_nz_base后，还包括对所述法向过载控制指令Delta_nz_base进行±0.3限幅。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的大型飞机高度保持自动控制方法，通过控制飞机的高度差，同时采用垂直地速作为阻尼，并且针对飞机的姿态和滚转机动，做了相应的法向过载补偿，能够保证飞机的在高度保持时不产生超调，且在进行滚转机动时不产生突然掉高和突然增高的情况，并保证飞机飞行过程中法向过载较小，飞行品质较高。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的大型飞机高度保持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高度保持自动控制方法设计原理。

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高度保持自动控制方法，包括以下步骤：

S100、获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据目标高度、实际高度以及垂直地速计算出法向过载控制量；

S200、获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据俯仰角以及滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量；

S300、获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据滚转角以及滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量；

S400、将法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令，并根据法向过载控制指令实现飞机的高度保持自动控制。

本申请的大型飞机高度保持自动控制方法，步骤S100中，获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据目标高度、实际高度以及垂直地速计算出法向过载控制量包括：

获取目标高度D_H以及实际高度H_P，将目标高度D_H经过惯性环节后与实际高度H_P做差，得到高度差Delta_H：

获取垂直地速Vz，将高度差Delta_H乘以增益Kh2，再加上垂直地速Vz乘以增益Kvz，得到法向过载控制量Delta_nz：

其中，Kh1取值为0.0025，Kh2取值为0.025。目标高度D_H、实际高度H_P的单位均为m，垂直地速Vz的单位是m/s，Kvz为垂直地速增益系数，s为传递函数的一种计算代号。

S200中，获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据俯仰角以及滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量包括：

获取飞机的俯仰角THETA以及滚转角GAMA；

根据俯仰角THETA以及滚转角GAMA计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1：

其中，俯仰角THETA的单位为deg，滚转角GAMA的单位为deg。

S300中，获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据滚转角以及滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量包括：

获取飞机的滚转角GAMA以及滚转角速率W_X；

根据滚转角GAMA以及滚转角速率W_X计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量Delta_nz2：

其中，滚转角速率W_X的单位为deg/s。

S400中，将法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令包括：

将法向过载控制量Delta_nz、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量Delta_nz2进行叠加，得到法向过载控制指令Delta_nz_base：

Delta_nz_base＝Delta_nz+Delta_nz1+Delta_nz2。

有利的是，本实施例中，在得到法向过载控制指令Delta_nz_base后，需要经过限幅器(QY_nz_u_lim、QY_nz_d_lim)进行±0.3限幅，得到最终的法向过载控制指令Delta_nz_base送给电传纵向控制通道。

本申请的大型飞机高度保持自动控制方法，是将由目标高度D_H经过滤波器后和实际高度H_P进行求差计算，得到高度差Delta_H，与垂直地速Vz折算出阻尼信号求和计算，得到法向过载控制量，再与俯仰角、滚转角折算得到的稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1和滚转角、滚转角速率折算得到的滚转机动下的法向过载补偿量Delta_nz2求和计算，从而得到法向过载控制指令，经过限制器限幅后，通过飞机的电控控制律纵向通道控制飞机的升降舵运动使飞机达到目标法向过载Delta_nz_base，进而实现飞机的高度保持功能。其中，飞机的稳定姿态下法向过载补偿量Delta_nz1以及飞机进行滚转机动下的法向过载补偿量Delta_nz2均根据相应的公式计算得到。

本申请的大型飞机高度保持自动控制方法，自动飞行控制系统根据高度和垂直地速信号，采用比例控制算法控制飞机按照目标高度飞行，在飞机在稳定姿态和进行滚转机动时，进行法向过载指令的补偿，使得飞机不会出现掉高和增高的情况。本申请在飞机进入高度保持模态后，能够无超调的保持目标高度飞行，同时能够保证飞机在稳定姿态或者进行滚转机动的情况下不会发生掉高和增高的情况，能够降低飞行员在飞机编队、巡航和进场着陆等飞行中的工作负担，自动控制飞机按照目标高度安全、稳定飞行。

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 (3)

1.一种大型飞机高度保持自动控制方法，其特征在于，包括：

步骤一、获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据所述目标高度、所述实际高度以及所述垂直地速计算出法向过载控制量；

步骤二、获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据所述俯仰角以及所述滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量；

步骤三、获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据所述滚转角以及所述滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量；

步骤四、将所述法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令，并根据所述法向过载控制指令实现飞机的高度保持自动控制；

步骤一中，所述获取目标高度、实际高度以及垂直地速，并根据所述目标高度、所述实际高度以及所述垂直地速计算出法向过载控制量包括：

获取目标高度D_H以及实际高度H_P，将所述目标高度D_H经过惯性环节后与所述实际高度H_P做差，得到高度差Delta_H：

获取垂直地速Vz，将所述高度差Delta_H乘以增益Kh2，再减去垂直地速Vz乘以增益Kvz，得到法向过载控制量Delta_nz：

其中，Kh1取值为0.0025，Kh2取值为0.025；

步骤二中，所述获取飞机的俯仰角以及滚转角，并根据所述俯仰角以及所述滚转角计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量包括：

获取飞机的俯仰角THETA以及滚转角GAMA；

根据所述俯仰角THETA以及所述滚转角GAMA计算出飞机稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1：

步骤三中，所述获取飞机的滚转角以及滚转角速率，并根据所述滚转角以及所述滚转角速率计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量包括：

获取飞机的滚转角GAMA以及滚转角速率W_X；

根据所述滚转角GAMA以及所述滚转角速率W_X计算出飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量Delta_nz2：

2.根据权利要求1所述的大型飞机高度保持自动控制方法，其特征在于，步骤四中，所述将所述法向过载控制量、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量进行叠加，得到法向过载控制指令包括：

将所述法向过载控制量Delta_nz、飞机稳定姿态下的法向过载补偿量Delta_nz1以及飞机做滚转机动情况下的法向过载补偿量Delta_nz2进行叠加，得到法向过载控制指令Delta_nz_base：

Delta_nz_base＝Delta_nz+Delta_nz1+Delta_nz2。

3.根据权利要求2所述的大型飞机高度保持自动控制方法，其特征在于，在得到法向过载控制指令Delta_nz_base后，还包括对所述法向过载控制指令Delta_nz_base进行±0.3限幅。