飞行器机动过程的气动/控制一体化耦合模拟技术的制作方法
【专利摘要】飞行器机动过程的气动/控制一体化耦合模拟技术，涉及计算流体力学领域和控制系统领域。工作主要实现流程为：通过比较飞行器姿态角与控制目标的偏差，产生控制信号；控制信号输出到PID控制器模块，运算后产生舵偏角度的信号；舵偏角度信号输出到动网格模块，通过动网格技术将舵面偏转到相应的角度；Navier?Stockes方程模块求解舵面偏转后的动态流场，产生气动力和力矩信号；气动力和力矩输出到刚体动力学和运动学方程，求解得到下一时刻的飞行姿态；新的飞行姿态再传递到PID控制器模块，形成闭环的数值模拟回路。本发明实现了对飞行控制系统的高精度仿真，可用于评估飞控系统性能，研究气动力非定常效应对控制系统的影响。
【专利说明】
飞行器机动过程的气动/控制一体化耦合模拟技术
技术领域
[0001]本发明涉及计算流体力学领域和控制系统领域，具体涉及飞行控制系统的高精度仿真、评估飞控系统性能、研究气动力非定常效应的技术。
【背景技术】
[0002]当前普遍使用工程仿真方法模拟和评估飞行器的控制系统，但该方法没有考虑完全的气动力非线性、非定常特征，在飞行器大攻角飞行或快速机动时，应用受到局限，给出的仿真结果很可能显著低估了控制系统的迟滞效应，增加了飞行风险。
[0003]发展飞行器气动/控制一体化机动飞行的数值模拟技术，通过建立非定常流场求解、飞行器运动和飞行控制一体化的耦合模拟方法，可实时模拟飞行器的机动过程。由于充分考虑了气动力非定常效应(包括非定常流动、飞行器运动、控制舵偏转等)对控制系统的影响，特别适用于研究飞行器大攻角飞行或快速机动时的非定常气动力现象，评估非定常气动力作用下的控制系统性能。对缩短飞行器研制周期，减少对飞行试验的依赖具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明提供飞行器机动过程的气动/控制一体化耦合模拟技术，本发明的目的在于提供一种采用数值模拟方法研究控制系统的技术手段。该技术通过对气动与控制的紧密耦合，实现了对飞行控制系统的高精度仿真，可用于评估飞控系统性能，研究气动力非定常效应对控制系统的影响。
[0005]为解决上述问题，本发明采用如下技术方案:飞行器机动过程的气动/控制一体化耦合模拟技术，包括PID控制器模块、动网格模块、Navier-Stockes方程求解模块、刚体动力学和运动学方程求解模块和飞行姿态输出模块;工作主要实现流程为:通过比较飞行器姿态角与控制目标的偏差，产生控制信号；控制信号输出到PID控制器模块，运算后产生舵偏角度的信号;舵偏角度信号输出到动网格模块，通过动网格技术将舵面偏转到相应的角度；Navier-Stockes方程模块求解舵面偏转后的动态流场，产生气动力和力矩信号;气动力和力矩输出到刚体动力学和运动学方程，求解得到下一时刻的飞行姿态;新的飞行姿态再传递到PID控制器模块，形成闭环的数值模拟回路。
[0006]本发明的优点有:1、本发明实现了气动与控制的紧密耦合，可考虑完全的气动力非定常效应。
[0007]2、相对于当前普遍采用的工程仿真方法，该技术在气动力非定常、非线性效应强烈时能提供更佳的模拟精度。
[0008]3、该技术特别适合于研究和评估飞行器在大攻角飞行或快速机动时的控制系统性能。
【附图说明】
[0009]图1是本发明PID控制器示意图；
图2是本发明的实现过程框图。
【具体实施方式】
[0010]下面用最佳的实施例对本发明做详细的说明。
[0011 ]如图1-2所示，在应用本技术进行飞行器气动/控制一体化数值模拟之前，首先需要设计出PID控制器，这是本项技术的准备工作。如图1所示:PID控制器的设计过程包括气动力静导数和动导数计算、气动力建模、模型修正、依据根轨迹图进行PID控制器参数整定等步骤。
[0012]本技术的工作原理和实现框图如图2所示:通过比较飞行器姿态角与控制目标的偏差，产生误差控制信号;误差信号输出到PID控制器模块，运算后产生舵偏角度的信号;舵偏角度信号输出到动网格模块，通过动网格技术将舵面偏转到相应的角度；Navi er-Stockes方程模块求解舵面偏转后的非定常流场，产生气动力和力矩信号;气动力和力矩输出到刚体动力学和运动学方程，求解得到下一时刻的飞行姿态;新的飞行姿态再传递到PID控制器模块，形成闭环的数值模拟回路。经过不断的迭代求解，最终可以得到采用舵面控制飞行器进行机动动作的实时过程。本发明是Navier-Stockes方程与刚体动力学方程的耦合求解技术，PID控制器与Navier-Stockes方程的親合求解、动网格技术等。
[0013]最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.飞行器机动过程的气动/控制一体化耦合模拟技术，其特征在于，包括PID控制器模块、动网格模块、Navier-Stockes方程求解模块、刚体动力学和运动学方程求解模块和飞行姿态输出模块;工作主要实现流程为:通过比较飞行器姿态角与控制目标的偏差，产生控制信号;控制信号输出到PID控制器模块，运算后产生舵偏角度的信号;舵偏角度信号输出到动网格模块，通过动网格技术将舵面偏转到相应的角度;Navier-Stockes方程模块求解舵面偏转后的动态流场，产生气动力和力矩信号；气动力和力矩输出到刚体动力学和运动学方程，求解得到下一时刻的飞行姿态;新的飞行姿态再传递到PID控制器模块，形成闭环的数值模拟回路。
【文档编号】G05B11/42GK106019930SQ201610627798
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】陈琦
【申请人】中国人民解放军63821部队