一种用于变体飞行器的飞行协调控制系统

1.本发明涉及变体飞行器技术领域，具体为一种用于变体飞行器的飞行协调控制系统。


背景技术：

2.变体飞行器能够在不同的飞行环境和飞行任务中主动或被动地改变外形结构，确保在不同的飞行阶段始终具有最优的飞行性能，从而提高环境适应能力，满足大范围多任务需求。变体飞行器的优势和潜力使其得到了许多国家的关注，在如何设计合理可行的变形机构以实现期望的结构变形方面开展了大量工作，但对于在飞行中发生结构变形时如何协调变形机构的控制与飞行器自身的运动控制还有许多有待解决的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于变体飞行器的飞行协调控制系统，具备稳定的可控性，保持变形过程中飞行稳定的优点。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于变体飞行器的飞行协调控制系统，包括变形控制系统和飞行控制系统，变形控制系统用于控制变形机构的运动，按照变形指令在预期的时间内达到预期的变形目标，实现快速、稳定、精准的结构变形，飞行控制系统用于变体飞行器的飞行运动控制，保证结构变形时飞行器仍能稳定可控的飞行，完成预期飞行任务；
5.所述变形控制系统包括指令接收模块、变形控制模块，其中，
6.指令接收模块，用于接收变形控制指令；
7.变形控制模块，用于根据变形控制指令实行变体飞行器的变形控制；
8.所述飞行控制系统包括任务模块、路线构建模块、抗干扰模块、动力学模型模块、结构模型模块、自适应模块，其中，
9.任务模块，用于接收制定飞行任务，确定飞行任务目标；
10.路线构建模块，用于根据飞行任务目标确定飞行路线，在飞行路线范围内选择若干工作点，制订相应的模糊规则，建立全包线模糊模型；
11.抗干扰模块，用于确定外部干扰和模型不确定性，提出自行应鲁棒控制；
12.动力学模型模块，用于构建变体飞行器非线性动力学模型，分析变体飞行器区别于常规飞行器的系统特性和飞行性能的依据，合理描述变体飞行器在飞行中发生结构变形；
13.结构模型模块，用于体现结构变形的主要影响，包括气动特性方面和飞行器自身物理属性方面，合理地分析以结合飞行器的不同任务目的实现结构变形，确定最优形状；
14.自适应模块，在变体飞行器确定最优形状与飞行条件后，采用强化学习方法和代价评价机制，建立了最优控制策略和结构自适应逆模型策略，结合飞行器的不同任务目的实现结构变形和飞行机动的连续协调运作，拟设计自适应非利普希茨控制方案。
15.优选的，所述变形控制模块所接受的变形指令一般由外部根据飞行任务的需要直接给定，变形控制模块的控制变体飞行器的变形只与时间相关，不受飞行状态的影响，飞行器的姿态与运动控制仍由常规操纵机构执行；变形指令也可以由飞行控制系统根据飞行状态的变化给出，即认为变形机构具有与升降舵等常规操纵机构类似的功能。
16.优选的，所述抗干扰模块基于干扰观测补偿控制和模糊系统万能逼近思想，保证变形飞行过程的鲁棒性能。
17.优选的，所述动力学模型模块对非线性动力学模型的建立包括建立气动参数与结构变形相关的函数模型，表明变体飞行器的运动状态与结构变形相互耦合影响的本质特点，分析气动力和气动力矩的具体形式和变化规律。
18.优选的，所述气动参数获取方法主要有：风洞试验、计算流体动力学、datcom仿真，可根据研究对象和目的，综合考虑可行性、精确度、计算效率、经济成本等因素而选择合适的方法。
19.优选的，所述动力学模型模块将变体飞行器的非线性动力学模型转换为线性时变模型，分析结构变形对变体飞行器飞行特性的本质影响，确定线性时变控制。
20.优选的，所述自适应模块通过数值仿真展示变体飞行器在该控制器作用下能更好地完成变形稳定飞行，验证所提控制策略的合理性与优越性，考虑对结构变形实时状态的采集和分析，并维持在可接受的时延范围内，以满足飞行控制计算机的控制需求。
21.有益效果：
22.该用于变体飞行器的飞行协调控制系统，通过自适应模块可以结合飞行器的不同任务目的，采用相适应的结构变形来满足性能改进需求。针对变形与飞行的耦合关联影响，结合具体的变体飞行器动力学模型，以保证结构变形时飞行器的运动稳定，实现结构变形和飞行机动的连续协调运作，使得飞行器能充分利用结构变形的有利影响改善飞行特性，提高任务能力。本项目拟设计自适应非利普希茨控制方案可以使系统具有较快的响应速度，较高的稳定/跟踪精度以及较好的扰动抑制能力，这样的性能正是变体飞行器控制系统所迫切需要的；自适应控制模块具有修正控制律特性以适应被控对象和环境动态特性变化的能力。
附图说明
23.图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例
26.一种用于变体飞行器的飞行协调控制系统，包括变形控制系统和飞行控制系统，变形控制系统用于控制变形机构的运动，按照变形指令在预期的时间内达到预期的变形目标，实现快速、稳定、精准的结构变形，飞行控制系统用于变体飞行器的飞行运动控制，保证
结构变形时飞行器仍能稳定可控的飞行，完成预期飞行任务；
27.所述变形控制系统包括指令接收模块、变形控制模块，其中，
28.指令接收模块，用于接收变形控制指令；
29.其中，所述变形控制模块所接受的变形指令一般由外部根据飞行任务的需要直接给定，变形控制模块的控制变体飞行器的变形只与时间相关，不受飞行状态的影响，飞行器的姿态与运动控制仍由常规操纵机构执行；变形指令也可以由飞行控制系统根据飞行状态的变化给出，即认为变形机构具有与升降舵等常规操纵机构类似的功能。
30.变形控制模块，用于根据变形控制指令实行变体飞行器的变形控制；
31.所述飞行控制系统包括任务模块、路线构建模块、抗干扰模块、动力学模型模块、结构模型模块、自适应模块，其中，
32.任务模块，用于接收制定飞行任务，确定飞行任务目标；
33.路线构建模块，用于根据飞行任务目标确定飞行路线，在飞行路线范围内选择若干工作点，制订相应的模糊规则，建立全包线模糊模型；
34.抗干扰模块，用于确定外部干扰和模型不确定性，提出自行应鲁棒控制；
35.其中，所述抗干扰模块基于干扰观测补偿控制和模糊系统万能逼近思想，保证变形飞行过程的鲁棒性能。
36.动力学模型模块，用于构建变体飞行器非线性动力学模型，分析变体飞行器区别于常规飞行器的系统特性和飞行性能的依据，合理描述变体飞行器在飞行中发生结构变形；
37.其中，所述动力学模型模块对非线性动力学模型的建立包括建立气动参数与结构变形相关的函数模型，表明变体飞行器的运动状态与结构变形相互耦合影响的本质特点，分析气动力和气动力矩的具体形式和变化规律。
38.其中，所述气动参数获取方法主要有：风洞试验、计算流体动力学、datcom仿真，可根据研究对象和目的，综合考虑可行性、精确度、计算效率、经济成本等因素而选择合适的方法。
39.其中，所述动力学模型模块将变体飞行器的非线性动力学模型转换为线性时变模型，分析结构变形对变体飞行器飞行特性的本质影响，确定线性时变控制。
40.结构模型模块，用于体现结构变形的主要影响，包括气动特性方面和飞行器自身物理属性方面，合理地分析以结合飞行器的不同任务目的实现结构变形，确定最优形状；
41.自适应模块，在变体飞行器确定最优形状与飞行条件后，采用强化学习方法和代价评价机制，建立了最优控制策略和结构自适应逆模型策略，结合飞行器的不同任务目的实现结构变形和飞行机动的连续协调运作，拟设计自适应非利普希茨控制方案。
42.其中，所述自适应模块通过数值仿真展示变体飞行器在该控制器作用下能更好地完成变形稳定飞行，验证所提控制策略的合理性与优越性，考虑对结构变形实时状态的采集和分析，并维持在可接受的时延范围内，以满足飞行控制计算机的控制需求。
43.其具体步骤为：
44.s1、任务模块接收制定飞行任务，确定飞行任务目标；
45.s2、路线构建模块根据飞行任务目标确定飞行路线，在飞行路线范围内选择若干工作点，制订相应的模糊规则，建立全包线模糊模型；
46.s3、抗干扰模块基于干扰观测补偿控制和模糊系统万能逼近思想，保证变形飞行过程的鲁棒性能，用于确定外部干扰和模型不确定性；
47.s4、动力学模型模块构建变体飞行器非线性动力学模型，分析变体飞行器区别于常规飞行器的系统特性和飞行性能的依据，合理描述变体飞行器在飞行中发生结构变形；
48.s5、结构模型模块体现结构变形的主要影响，包括气动特性方面和飞行器自身物理属性方面，合理地分析以结合飞行器的不同任务目的实现结构变形，确定最优形状，根据最优形状形成变形控制指令，并进行传输变形控制指令；
49.s6、指令接收模块接收变形控制指令；
50.s7、变形控制模块根据变形控制指令实行变体飞行器的变形控制；
51.s8、自适应模块在变体飞行器确定最优形状与飞行条件后，采用强化学习方法和代价评价机制，建立了最优控制策略和结构自适应逆模型策略，结合飞行器的不同任务目的实现结构变形和飞行机动的连续协调运作，拟设计自适应非利普希茨控制方案。保证结构变形时飞行器仍能稳定可控的飞行，完成预期飞行任务。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。