一种面对称飞行器横侧向解耦控制方法

本发明属于航空航天，具体涉及一种面对称飞行器横侧向解耦控制方法的设计。

背景技术：

1、目前，面对称飞行器一般采用btt(bank-to-turn，倾斜转弯)控制方式，如果要求侧向机动能力较大，飞行器气动特性表现出荷兰滚不稳定、滚转机动运动耦合、滚转舵反操纵等强耦合特性，进而影响飞行器的稳定性，导致飞行任务难以完成，严重时还会使得飞行器坠毁，带来巨大的经济损失以及安全隐患。工程上常常采用横侧向双通道控制方式实现侧滑角的控零以及对滚转角的精确跟踪，但当飞行器侧向机动过载较大，需要快速滚转时，引起运动学耦合从而产生较大的侧滑角，加剧横侧向通道间的耦合，导致控制系统跟不上指令，甚至控制系统发散。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有面对称飞行器侧向机动时横侧向耦合严重造成控制系统发散的问题，提出了一种面对称飞行器横侧向解耦控制方法。

2、本发明的技术方案为：一种面对称飞行器横侧向解耦控制方法，包括以下步骤：

3、s1、基于小扰动线性化方法，构建面对称飞行器的横侧向运动状态空间方程。

4、s2、根据横侧向运动状态空间方程，构建状态反馈系统动态方程。

5、s3、根据状态反馈系统动态方程消除侧滑角影响，得到解耦控制指令。

6、进一步地，步骤s1中构建的横侧向运动状态空间方程具体为：

7、

8、其中x＝[ωx ωy β γ]t表示面对称飞行器的状态向量，表示x的导数，ωx表示滚转角速度，ωy表示偏航角速度，β表示侧滑角，γ表示滚转角，u＝[δxc δyc]t表示面对称飞行器的控制向量，δxc表示等效滚转舵偏，δyc表示等效偏航舵偏，y＝[γ β ωx ωy]t表示面对称飞行器的输出向量，a、b、c、d均为系数矩阵，且有：

9、

10、其中α表示攻角，bij表示飞行器动力学系数，具体为：

11、

12、其中表示滚转力矩对滚转角速度的偏导数，表示滚转力矩对偏航角速度的偏导数，表示滚转力矩对侧滑角的偏导数，表示滚转力矩对偏航舵偏角的偏导数，表示滚转力矩对滚转舵偏角的偏导数，表示偏航力矩对滚转角速度的偏导数，表示偏航力矩对偏航角速度的偏导数，表示偏航力矩对侧滑角的偏导数，表示偏航力矩对偏航舵偏角的偏导数，表示偏航力矩对滚转舵偏角的偏导数，zβ表示侧向力对侧滑角的偏导数，表示侧向力对偏航舵偏角的偏导数，jx、jy表示飞行器转动惯量，m表示飞行器质量，v表示飞行器速度，p表示飞行器推力，θ表示飞行器俯仰角。

13、进一步地，步骤s2中构建的状态反馈系统动态方程具体为：

14、

15、其中k表示反馈增益矩阵，v＝[δx δy]t表示参考输入矩阵，δx表示实际滚转舵偏，δy表示实际偏航舵偏，km13为反馈增益矩阵中的元素。

16、进一步地，步骤s3中的解耦控制指令具体为：

17、

18、本发明的有益效果是：本发明针对面对称飞行器在大攻角高马赫数进行侧向机动时，快速的滚转机动引起的运动耦合，应用状态反馈的方法消除了侧滑角对滚转角速度的耦合作用，确保了面对称飞行器在侧向机动时保持良好的稳定性能。本发明控制参数设计简便，利于工程实现，能有效跟踪控制指令，减小横侧向通道耦合。

技术特征：

1.一种面对称飞行器横侧向解耦控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的面对称飞行器横侧向解耦控制方法，其特征在于，所述步骤s1中构建的横侧向运动状态空间方程具体为：

3.根据权利要求2所述的面对称飞行器横侧向解耦控制方法，其特征在于，所述步骤s2中构建的状态反馈系统动态方程具体为：

4.根据权利要求3所述的面对称飞行器横侧向解耦控制方法，其特征在于，所述步骤s3中的解耦控制指令具体为：

技术总结本发明公开了一种面对称飞行器横侧向解耦控制方法，属于航空航天技术领域，针对现有面对称飞行器侧向机动时横侧向耦合严重造成控制系统发散的问题，当面对称飞行器在大攻角高马赫数进行侧向机动时，快速的滚转机动引起的运动耦合，应用状态反馈的方法消除了侧滑角对滚转角速度的耦合作用，确保了面对称飞行器在侧向机动时保持良好的稳定性能。本发明控制参数设计简便，利于工程实现，能有效跟踪控制指令，减小横侧向通道耦合。技术研发人员：张涛,于云峰,凡永华,许红羊,樊朋飞,张卓立,陈成林,董皓含,胡靖琨,陈玙璠,赵志伟受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18