固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，包括：人机交互模块，用于为用户进行飞行品质评估计算提供操作接口，以及用于用户查看飞行品质评估结果；数据加载模块，用于为纵向模态算法模块提供输入激励，将符合试验要求的飞行试验数据发送给纵向模态算法模块；纵向模态算法模块，用于解析飞行试验数据，并根据输入激励的变化规律计算出低阶等效系统模型的辨识参数，即为评估结果；报告导出模块，用于导出飞行品质评估结果；扩展接口模块，用于提供通用的集成接口。本发明利用低阶系统反映出纵向动稳定性本质的动态特性，解决了现有无人机飞行品质评估领域中高阶系统分析困难的问题。
【专利说明】
固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统
技术领域
[0001] 本发明涉及飞机飞行品质评估技术领域，特别是涉及一种固定翼无人机纵向动稳 定性飞行品质评估系统。
【背景技术】
[0002] 飞机飞行品质是涉及飞行安全和驾驶员操纵难易度的飞机的各种特性。飞机的设 计要依据并满足一定的品质规范。飞机使用初期，人们就开展了飞行品质方面的研究。随着 飞行速度和高度的提升一级操作系统的日益复杂，飞行品质的内容不断扩展，要求不断提 高。其主要内容包括:操纵效能，表示操纵飞机获得一定范围的平衡飞行状态或机动动作的 能力，如升降舵的操纵应保证飞机纵向力矩的平衡，方向舵的操纵应保证水平偏航力矩的 平衡；驾驶力，表示驾驶员为保持平衡状态或进行机动飞行所需施加于操作系统的力度和 范围;静稳定性，表示飞机纵向静稳定性，按速度静稳定性等以及与之直接有关的一些操纵 性能指标;动稳定性，各扰动运动模态的阻尼和频率值;操作系统特性，表示对操作系统的 机械特性和动态特性方面的要求。
[0003] 无人驾驶飞机简称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的 不载人飞机。当前无人机技术发展迅速，广泛应用于军民市场。然而无人机飞行品质的研究 一直滞后于无人机的发展，究其原因主要有两个方面:首先是无人机发展较为迅猛，而无人 机飞行品质研究工作没有得到并行开展;其次，无人机因其自身特点使得无人机飞行品质 研究较为困难，主要体现在无人机执行任务时是一个闭环的、高度集成的飞行控制系统，飞 行品质评估的行为主体不同于飞机等方面。
[0004] 目前，市场上应用的固定翼无人机的纵向飞行评估软件存在以下不足:首先，高阶 次的飞机系统数学模型非常复杂，很难对飞机性能做出准确的评估;其次，飞行品质评估软 件均作为独立软件运行，不能集成到其他软件系统;最后，飞行品质评估软件不支持算法模 型的扩展。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种固定翼无人机纵向动稳定性飞 行品质评估系统，利用低阶系统反映出纵向动稳定性本质的动态特性，解决了现有无人机 飞行品质评估领域中高阶系统分析困难的问题。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007] 固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，包括人机交互模块、数据加载模 块、报告导出模块、纵向模态算法模块和扩展接口模块；
[0008] 所述人机交互模块，用于为用户进行飞行品质评估计算提供操作接口，以及用于 用户查看飞行品质评估结果；
[0009]所述数据加载模块，用于为纵向模态算法模块提供输入激励，将符合试验要求的 飞行试验数据发送给纵向模态算法模块；
[0010] 所述纵向模态算法模块，用于解析飞行试验数据，并根据输入激励的变化规律计 算出低阶等效系统模型的辨识参数，即为评估结果；
[0011] 所述报告导出模块，用于导出飞行品质评估结果；
[0012] 所述扩展接口模块，用于提供通用的集成接口。
[0013] 所述纵向模态算法模块包括短周期模态算法模块和长周期模态算法模块，短周期 模态算法模块包括第一短周期模态算法子模块和第二短周期模态算法子模块。
[0014]所述短周期模态算法模块的评估利用低阶等效系统单拟配方法，基于最小误差迭 代法对短周期无阻尼频率《nsp、阻尼比|sp和等效时间延迟tsp进行估算;第一短周期模态算 法子模块的等效系统采用的模型为第一模型，即：
[0016]第二短周期模态算法子模块的等效系统采用的模型为第二模型，即：
[0018] 式中，q_俯仰角速率，Fe_纵向杆力，Nz-法向过载，&和1^-俯仰轴增益，T Q2-俯仰轴 短周期时间常数，ω nsp-短周期无阻尼频率，|sp-阻尼比，％jPTsp-等效时间延迟。
[0019]所述长周期模态算法模块的评估利用低阶等效系统拟配方法，对阻尼比ξΡ进行估 算，长周期模态算法模块的等效系统采用的模型为：
[0021]式中，q-俯仰角速率，Fe-纵向杆力，Kq_俯仰轴增益，TQ1-俯仰轴长周期时间常数， ω np-长周期无阻尼频率，ξΡ-阻尼比。
[0022]所述数据加载模块加载飞行试验数据，并按设定的帧结构解析飞行试验数据，并 将符合试验要求的飞行试验数据通过人机交互模块发送给纵向模态算法模块。
[0023] 所述人机交互模块还用于用户查看飞行试验数据的时间历程曲线。
[0024] 所述报告导出模块导出飞行品质评估结果的方式为:报告导出模块读取信息记录 文件，判定是否存在需要导出的飞行品质评估结果，并将判定结果反馈给用户，若有需要导 出的飞行品质评估结果，则根据设定的标准文档模板将结果导出到文档中去。
[0025] 本发明的有益效果是：
[0026] (1)本发明利用低阶系统反映出纵向动稳定性本质的动态特性，解决了现有无人 机飞行品质评估领域中高阶系统分析困难的问题；
[0027] (2)本发明将低阶等效系统模型与参数辨识相结合，并根据飞机飞行品质规范中 的规定，对模型进行选择、优化，保证了算法的准确性；
[0028] (3)本发明可以作为独立软件运行，同时还提供了可集成化的接口，又可以作为其 他软件系统的功能组件进行集成调用；
[0029] (4)本发明提供了扩展接口，方便扩展最新的或改进的飞行品质评估算法模块。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统的示意图；
[0031] 图2为本发明固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0033] 如图1所示，固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，包括人机交互模块、 数据加载模块、报告导出模块、纵向模态算法模块和扩展接口模块。
[0034] 所述人机交互模块，用于为用户进行飞行品质评估计算提供操作接口，以及用于 用户查看飞行试验数据的时间历程曲线和飞行品质评估结果。
[0035]所述人机交互模块作为本系统的人机交互接口，向上提供友好的用户操作界面， 向下为各功能模块提供友好的编程接口，体现了模块化设计的思想，既保证了软件开发的 效率，又提升了软件的可维护性。
[0036] 所述数据加载模块，用于为纵向模态算法模块提供输入激励，将符合试验要求的 飞行试验数据发送给纵向模态算法模块。
[0037] 所述数据加载模块加载飞行试验数据，并按设定的帧结构解析飞行试验数据，并 将符合试验要求的飞行试验数据通过人机交互模块发送给纵向模态算法模块。
[0038] 所述纵向模态算法模块，用于解析飞行试验数据，并根据输入激励的变化规律计 算出低阶等效系统模型的辨识参数，即为评估结果，并根据评估标准给出评估结论。
[0039] 所述纵向模态算法模块包括短周期模态算法模块和长周期模态算法模块，短周期 模态算法模块包括第一短周期模态算法子模块和第二短周期模态算法子模块，第一短周期 模态算法子模块采用第一模型，第二短周期模态算法子模块采用第二模型。
[0040] 所述短周期模态算法模块的评估利用低阶等效系统单拟配方法，基于最小误差迭 代法对短周期无阻尼频率《nsp、阻尼比| sp和等效时间延迟tsp进行估算;第一短周期模态算 法子模块的等效系统采用的模型为第一模型，即：
[0042]第二短周期模态算法子模块的等效系统采用的模型为第二模型，即：
[0044] 式中，q_俯仰角速率，Fe-纵向杆力，Nz-法向过载，^和Kq_俯仰轴增益，T Q2-俯仰轴 短周期时间常数，ω nsp-短周期无阻尼频率，|sp-阻尼比，％jPTsp-等效时间延迟。
[0045] 短周期模态采用纵向倍脉冲、纵向连续倍脉冲、纵向3211动作作为输入激励，同时 保证飞行试验数据无其他干扰操纵的耦合或扰动；最终的计算结果以短周期无阻尼频率 ? nsp、阻尼比ξ3ρ和等效时间延迟tsp三张判据图的形式给出。
[0046]所述长周期模态算法模块的评估利用低阶等效系统拟配方法，对阻尼比ξΡ进行估 算，长周期模态算法模块的等效系统采用的模型为：
[0048] 式中，q-俯仰角速率，Fe-纵向杆力，Kq_俯仰轴增益，TQ1-俯仰轴长周期时间常数， ω np-长周期无阻尼频率，ξΡ-阻尼比。
[0049] 长周期模态采用纵向阶跃动作作为输入激励，同时保证飞行试验数据无其他干扰 操纵的耦合或扰动;最终的计算结果以阻尼比ξΡ-张判据图的形式给出。
[0050] 所述报告导出模块，用于导出飞行品质评估结果。报告导出模块将飞行品质评估 结果导出到word文档中去，所述报告导出模块导出飞行品质评估结果的方式为:报告导出 模块读取信息记录文件，判定是否存在需要导出的飞行品质评估结果，并将判定结果反馈 给用户，若有需要导出的飞行品质评估结果，则根据设定的标准文档模板将结果导出到文 档中去。
[0051] 所述扩展接口模块，用于提供通用的集成接口，开发者可独立开发最新的品质评 估算法，依据集成接口的要求编译输出评估算法的com组件，即可高效率的完成算法模型的 扩展。
[0052]如图2所示，本发明固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统的工作流程为： 首先纵向模态算法模块获取输入激励，并执行纵向稳定性低阶等效系统辨识算法，然后输 出飞行平直评估结果，并对试验结果进行分析。
[0053]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的 形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本 文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进 行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围 内。
【主权项】
1. 固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于:包括人机交互模块、数 据加载模块、报告导出模块、纵向模态算法模块和扩展接口模块； 所述人机交互模块，用于为用户进行飞行品质评估计算提供操作接口，以及用于用户 查看飞行品质评估结果； 所述数据加载模块，用于为纵向模态算法模块提供输入激励，将符合试验要求的飞行 试验数据发送给纵向模态算法模块； 所述纵向模态算法模块，用于解析飞行试验数据，并根据输入激励的变化规律计算出 低阶等效系统模型的辨识参数，即为评估结果； 所述报告导出模块，用于导出飞行品质评估结果； 所述扩展接口模块，用于提供通用的集成接口。2. 根据权利要求1所述的固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于： 所述纵向模态算法模块包括短周期模态算法模块和长周期模态算法模块，短周期模态算法 模块包括第一短周期模态算法子模块和第二短周期模态算法子模块。3. 根据权利要求2所述的固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于： 所述短周期模态算法模块的评估利用低阶等效系统单拟配方法，基于最小误差迭代法对短 周期无阻尼频率《nsp、阻尼比| sp和等效时间延迟tsp进行估算;第一短周期模态算法子模块 的等效系统采用的模型为第一模型，即：第二短周期模态算法子模块的等效系统采用的模型为第二模型，即：式中，q_俯仰角速率，Fe-纵向杆力，Nz_法向过载，、和Kq_俯仰轴增益，T Q2-俯仰轴短周 期时间常数，《nsp-短周期无阻尼频率，|sp-阻尼比，％和tsp-等效时间延迟。4. 根据权利要求2所述的固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于： 所述长周期模态算法模块的评估利用低阶等效系统拟配方法，对阻尼比％进行估算，长周 期模态算法模块的等效系统采用的模型为：式中，q_俯仰角速率，Fe-纵向杆力，Kq_俯仰轴增益，TQ1-俯仰轴长周期时间常数，ω np-长周期无阻尼频率，ξΡ_阻尼比。5. 根据权利要求1所述的固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于： 所述数据加载模块加载飞行试验数据，并按设定的帧结构解析飞行试验数据，并将符合试 验要求的飞行试验数据通过人机交互模块发送给纵向模态算法模块。6. 根据权利要求1所述的固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于： 所述人机交互模块还用于用户查看飞行试验数据的时间历程曲线。7.根据权利要求1所述的固定翼无人机纵向动稳定性飞行品质评估系统，其特征在于： 所述报告导出模块导出飞行品质评估结果的方式为:报告导出模块读取信息记录文件，判 定是否存在需要导出的飞行品质评估结果，并将判定结果反馈给用户，若有需要导出的飞 行品质评估结果，则根据设定的标准文档模板将结果导出到文档中去。
【文档编号】G06F17/50GK105868459SQ201610180143
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】孙亮, 薛令德, 张雪峰
【申请人】四川汉科计算机信息技术有限公司