一种飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞翼布局无人飞机控制技术，具体涉及一种飞翼布局无人飞机应用阻 力方向舵的控制方法。
【背景技术】
[0002] 飞翼布局无人飞机没有常规飞机的垂尾和方向舵，航向静稳定性差或者静不稳 定，对飞机的航向操纵与飞行控制系统提出了新的要求。阻力方向舵是飞翼布局无人机最 有效的航向操纵手段之一，被众多飞翼布局无人机所采用，如著名的X36、X45、X47B系列无 人机等。阻力方向舵可分为机翼前缘张开、机翼中部伸出、机翼后缘开裂三种，一般指后缘 开裂式阻力方向舵。飞翼布局无人机试飞的主要流程包括：第一步，人工、飞控混合操纵试 飞，第二步，无人机自动飞行控制。国外先进飞翼布局无人机已经基本掌握基于阻力方向舵 的控制方法与试飞流程，但由于技术封锁，国内基于阻力方向舵的飞翼布局无人机控制方 法处于理论研究阶段，尚未得到应用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：提出一种实现飞翼布局无人飞机航向通道稳定的应用阻力方向 舵控制方法。
[0004] 本发明的技术方案是：一种飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法，其特 征在于，无人机处于航向的稳定与控制时，在每个控制周期T内，飞控计算机解算出航向通 道控制信号，T=5~IOOms ;当飞机处于人工、飞控混合操纵模式时，飞控计算机将增稳控制 律解算的控制信号按照控制权限Ks ^。叠加至人工操纵中，生成航向通道控制信号，驱动阻 力方向舵偏转，KS ,。=10%~70% ;当飞机处于自动飞行模式时，飞控计算机直接将飞行控制 律解算信号作为航向通道控制信号驱动阻力方向舵偏转。
[0005] 所述的飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法，当飞机处于人工、飞控混 合操纵模式时，
[0006] I. 1在每个控制周期T内，飞控计算机计算飞机航向通道的增稳控制律步骤如 下：
[0007] I.I. 1计算偏航角速率反馈到阻力方向舵的控制信号中间变量SU1 :
[0008] 6 r rl=Kr X r
[0009] 式中，&为控制参数，取值范围是1~10，r是传感器测量得到的飞机偏航角速率；
[0010] I. 1. 2使用洗出网络对偏航角速率信号进行洗出，得到偏航角速率反馈到阻力方 向舵的控制信号S U2 :
【主权项】
1. 一种飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法，其特征在于，无人机处于航 向的稳定与控制时，在每个控制周期T内，飞控计算机解算出航向通道控制信号，T=5~ 100ms;当飞机处于人工、飞控混合操纵模式时，飞控计算机将增稳控制律解算的控制信号 按照控制权限Ks ^。叠加至人工操纵中，生成航向通道控制信号，驱动阻力方向舵偏转，Ks ,。=10%~70% ;当飞机处于自动飞行模式时，飞控计算机直接将飞行控制律解算信号作为 航向通道控制信号驱动阻力方向舵偏转。
2. 根据权利要求1所述的飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法，其特征在 于， 当飞机处于人工、飞控混合操纵模式 1. 1在每个控制周期T内，飞控计算机计算飞机航向通道的增稳控制律步骤如下： 1.1.1计算偏航角速率反馈到阻力方向舵的控制信号中间变量 6rrl=KrXr 式中，&为控制参数，取值范围是1~10,r是传感器测量得到的飞机偏航角速率； 1. 1.2使用洗出网络对偏航角速率信号进行洗出，得到偏航角速率反馈到阻力方向舵 的控制信号S:
式中，t为时间常数，取值范围是0.5~2,s是拉普拉斯变换因子； 1. 1. 3计算侧滑角反馈到阻力方向舵的控制信号Le : 6rX& 式中，Ke为控制参数，取值范围是-1~-10, 3是传感器测量得到的飞机侧滑角； 1. 1. 4叠加生成增稳控制指令Lu: 5 r_c= 5 r_r2+ 5 1. 1. 5进行控制权限分配，得到增稳控制指令L。2 : 设定在人工、飞控混合操纵模式中，增稳控制律的控制权限上限阈值K^。，10% <KSi c 彡 70% ; 若 |Sr-cl|〈Ks-rX6r-，令 6r-c2=Sr-cl; 若 3r-cl >Sr-c-max，令 5r-c2=Ks-rX8r-max ; 若 3r-cl <Sr-max，令 6r-c2=-Ks-rX8r-max ; 式中，S^ax表示阻力方向舵的物理偏转角度最大值； 1.2在每个控制周期内，飞控计算机采集人工操纵信号与增稳控制指令、。2叠 加生成飞机航向通道控制指令: 5 rl= 5 r_m+ 5 r_c2 1.3对信号进行限幅处理，得到 若ISril彡 max，令Sr=Sri; 若 >Sr--，令Sr=Sr--; 若 <Sr--，令Sr=-Sr--; 1.4将阻力方向舵指令分配至左、右阻力方向舵： 若6,〇,令左阻力方向舵偏转 若6/0,令右阻力方向舵偏转Sr， 其中，飞机阻力方向舵极性定义如下：左阻力方向舵偏转为正，产生的偏航力矩为负； 右阻力方向舵偏转为负，产生的偏航力矩为正。
3.根据权利要求1所述的飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法，其特征在 于， 当飞机处于自动飞行模式 2. 1在每个控制周期T内，飞控计算机计算飞机航向通道的自动飞行控制律步骤如 下： 2. 1. 1根据滚转指令4>。计算偏航角速率指令r。
式中，V表示飞机空速，g为重力加速度； 2. 1.2计算偏航角速率反馈到阻力方向舵的控制信号中间变量 6rrl=KrX(rc-r) 式中，&为控制参数，取值范围是1~10,r。是偏航角速率指令，r是传感器测量得到 的飞机偏航角速率； 2. 1.3使用洗出网络对偏航角速率信号进行洗出，得到偏航角速率反馈到阻力方向舵 的控制信号Lu
: 瓦干，T刃町|0」'吊'数，耿但氾围是0.5~2,S是拉普拉斯变换因子； 2. 1.4计算侧滑角反馈到阻力方向舵的控制信号Le : 6rX& 式中，Ke为控制参数，取值范围是-1~-10, 3是传感器测量得到的飞机侧滑角； 2. 1.5叠加生成自动飞行控制指令 5 rl= 5 r_r2+ 5 2.2对信号进行限幅处理，得到 若ISril彡 max，令Sr=Sri; 若 >Sr--，令Sr=Sr--; 若 <Sr--，令Sr=-Sr--; 式中，Suax表示阻力方向舵的物理偏转角度最大值； 2.3将阻力方向舵指令分配至左、右阻力方向舵： 若6,〇,令左阻力方向舵偏转 若6/0,令右阻力方向舵偏转Sr， 其中，飞机阻力方向舵极性定义如下：左阻力方向舵偏转为正，产生的偏航力矩为负； 右阻力方向舵偏转为负，产生的偏航力矩为正。
【专利摘要】本发明属于飞翼布局无人飞机控制技术，具体涉及一种飞翼布局无人飞机应用阻力方向舵的控制方法。本发明在无人机处于航向的稳定与控制时，在每个控制周期T内，飞控计算机解算出航向通道控制信号，T=5～100ms；当飞机处于人工、飞控混合操纵模式时，飞控计算机将增稳控制律解算的控制信号按照控制权限Kδ_r_c叠加至人工操纵中，生成航向通道控制信号，驱动阻力方向舵偏转，Kδ_r_c=10%～70%；当飞机处于自动飞行模式时，飞控计算机直接将飞行控制律解算信号作为航向通道控制信号驱动阻力方向舵偏转。本发明在飞翼布局无人飞机的人工、飞控混合操纵与自动飞行控制中，均可以保证飞机航向通道的稳定性与可控性，操作简单，实用方便，具有较大的实际应用价值。
【IPC分类】B64F5-00, B64C9-00
【公开号】CN104691742
【申请号】CN201310674130
【发明人】张宁, 马雯
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月10日