一种飞行器系统辨识激励信号切入和改出策略设计方法与流程

本发明涉及一种飞行器系统辨识激励信号切入和改出策略设计方法，属于飞行试验设计领域。

背景技术：

系统辨识是通过飞行试验获得飞行器的真实气动特性和控制特性的关键技术。为了保证待辨识参数的可辨识性，需要进行激励设计。飞行器激励信号常常需要事先装订到飞行器控制器中，在飞行试验时难以进行人工干预，一旦在飞行过程中发现风险时，不能及时改出激励信号，可能对飞行安全产生较大的影响。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种飞行器系统辨识激励信号切入和改出策略设计方法，既能够保证在合适的飞行时机进行切入激励信号，又保证在飞行过程中发现风险时及时改出激励信号，最终保证飞行器安全和飞行试验的成功。

本发明的技术解决方案是：一种飞行器系统辨识激励信号切入和改出策略设计方法，步骤如下：

步骤一：判断是否进入激励信号判决窗口，如果进入判决窗口，则进入步骤二；

步骤二：计算当前切入滑动窗口内各状态量采样数据的均值，如果切入滑动窗口内各状态量采样数据的均值绝对值满足切入要求时，则切入激励信号，然后进入步骤四；否则，进入步骤三，其中切入滑动窗口宽度为Δτ₁；

步骤三：将当前切入滑动窗口滑动τ_step，判断当前切入滑动窗口是否超出激励信号判决窗口范围，如果未超出，则返回步骤二；否则激励任务结束；

步骤四：计算当前改出滑动窗口内各状态量采样数据的均值，如果改出滑动窗口内各状态量采样数据的均值绝对值满足改出要求时，进行计数，当连续累计次数超过阈值M_th时则改出激励信号，进入步骤二；否则，进入步骤五；其中当前改出滑动窗口宽度为Δτ₂；

步骤五：将当前改出滑动窗口滑动τ_step2，判断当前改出滑动窗口是否超出激励信号判决窗口范围，如果未超出，则返回步骤四；否则激励任务结束。

所述切入要求为

其中分别为滑动窗口内攻角偏差、侧滑角、滚转角速度、偏航角速度、俯仰角速度、俯仰舵偏角、滚转舵偏角的均值绝对值，α_T1,β_T1,ω_xT1,ω_yT1,ω_zT1,δ_γT1为激励信号切入时的攻角偏差阈值、侧滑角阈值、滚转角速度阈值、偏航角速度阈值、俯仰角速度阈值、俯仰舵偏角阈值、滚转舵偏角阈值。

所述改出要求为

其中α_T2,β_T2,ω_xT2,ω_yT2,ω_zT2,δ_γT2为激励信号改出时的攻角偏差阈值、侧滑角阈值、滚转角速度阈值、偏航角速度阈值、俯仰角速度阈值、俯仰舵偏角阈值、滚转舵偏角阈值。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明策略简单，仅需要飞行器上常用的传感器即可获得有效的测量信息，不需额外增加专用传感器。

(2)本发明利用滑动窗口设计和均值滤波方法，能够对抗传感器的跳点、测量噪声等干扰信息，避免误判，鲁棒性强。

(3)本发明实时判断切入或改出时机，既能够保证在合适的飞行时机进行切入激励信号，又保证在飞行过程中发现风险时及时改出激励信号，最终保证飞行试验安全。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为激励信号切入示意图；

图3为激励信号改出示意图。

具体实施方式

本发明给出了一种鲁棒性较好的激励信号切入和改出设计方法，飞行器利用速率陀螺、舵偏角传感器和迎角传感器等实时监测飞行状况，获得各状态量的采样数据，当采样数据表明飞行状态良好，则激励信号切入。当采样数据表明飞行状态不良时，则激励信号改出，能够实现正常飞行过程中按照设计准确的切入激励信号，还能够实现非正常飞行时及时地改出激励信号，保证飞行试验的安全。

如图1所示，本发明的具体步骤如下：

步骤一：判断是否进入激励信号判决窗口，如果进入判决窗口，则进入步骤二；

其中激励信号判决窗口由飞行试验目的和飞行方案共同制定，通常由飞行试验特征状态量确定，如飞行时间、攻角、动压或马赫数等，本发明以飞行时间作为飞行试验特征状态量为例，当飞行时间t满足t₁≤t≤t₂时，认为进入激励信号判决窗口，其中[t₁,t₂]为激励信号判决窗口。

步骤二：计算当前切入滑动窗口内各状态量采样数据的均值，如果切入滑动窗口内各状态量采样数据的均值绝对值满足时，则切入激励信号，然后进入步骤四；否则，进入步骤三，其中切入滑动窗口宽度为Δτ₁(如Δτ₁＝5s，采样间隔为1s)，分别为滑动窗口内攻角偏差、侧滑角、滚转角速度、偏航角速度、俯仰角速度、俯仰舵偏角、滚转舵偏角的均值绝对值，α_T1,β_T1,ω_xT1,ω_yT1,ω_zT1,δ_γT1为激励信号切入时的攻角偏差阈值、侧滑角阈值、滚转角速度阈值、偏航角速度阈值、俯仰角速度阈值、俯仰舵偏角阈值、滚转舵偏角阈值。

当前切入滑动窗口起始时刻＝当前时刻－Δτ₁。

步骤三：将当前切入滑动窗口滑动τ_step(如1s)，判断当前切入滑动窗口是否超出激励信号判决窗口范围，如果未超出，则返回步骤二；否则激励任务结束；

步骤四：计算当前改出滑动窗口内各状态量采样数据的均值，如果改出滑动窗口内各状态量采样数据的均值绝对值满足时，进行计数，当连续累计次数超过阈值M_th时则改出激励信号，进入步骤二；否则，进入步骤五；其中当前改出滑动窗口宽度为Δτ₂(如Δτ₂＝3s，采样间隔为1s)；其中α_T2,β_T2,ω_xT2,ω_yT2,ω_zT2,δ_γT2为激励信号改出时的攻角偏差阈值、侧滑角阈值、滚转角速度阈值、偏航角速度阈值、俯仰角速度阈值、俯仰舵偏角阈值、滚转舵偏角阈值。

当前改出滑动窗口起始时刻＝当前时刻－Δτ₂。

步骤五：将当前改出滑动窗口滑动τ_step2(如1s)，判断当前改出滑动窗口是否超出激励信号判决窗口范围，如果未超出，则返回步骤四；否则激励任务结束。

如图2所示为激励信号切入示意图，如图3所示为激励信号改出示意图。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。