分器输入信号，构成飞机侧向运动 的总体信号流图（如图1所示）；
[0031] 式中八、汐、>、0分别为偏航角速度、侧滑角、滚转角速度及滚转角对时间的 导数，队、N fi、Np分别为偏航力矩对偏航角速度、侧滑角及滚转角速度的导数，L1^ Lfi、Lp分别 为滚转力矩对偏航角速度、侧滑角及滚转角速度的导数，Yp为侧力对侧滑角的导数，g为重 力加速度，V。为空速，ξ、ζ分别为副翼偏转角与方向舵偏转角，Ν ξ、Νζ分别为偏航力矩对 副翼偏转角与方向舵偏转角的导数，Υξ、Υ ζ分别为侧力对副翼偏转角与方向舵偏转角的导 数，U、Li分别为滚转力矩对副翼偏转角与方向舵偏转角的导数；
[0032] S2、以r、β为状态量，ζ为输入量，选择总的信号流图中延迟效应最小（积分器 最少）的传输通道近似分离出飞机侧向运动典型荷兰滚模态信号流图（如图2所示），其状 态方程形式为
[0034] S3、从荷兰滚模态信号流图中选择唯一可改善荷兰滚模态阻尼特性的偏航角速度 到方向舵偏转角的反馈控制回路队，选择唯一可改善荷兰滚模态特征频率的侧滑角到方向 舵偏转角的反馈控制回路N fi;
[0035] S4、以ρ、Φ和ξ分别为状态量和输入量，选择总的信号流图中延迟效应最小（积 分器最少）的传输通道近似分离出飞机侧向运动典型滚转运动模态信号流图（如图2所 示），其状态方程形式为
[0037] S5、从滚转运动模态信号流图中选择唯一可改善滚转运动模态阻尼特性的滚转角 速度到副翼偏转角的反馈控制回路Lp，选择唯一可改善螺旋模态稳定性的滚转角到副翼偏 转角的反馈控制回路U;
[0038] S6、将根据侧向近似荷兰滚模态和滚转模态选择的反馈控制回路同时配置于原系 统，并令侧滑角指令始终为〇,以减小荷兰滚模态与滚转运动模态的耦合作用；令滚转角指 令作为自动飞控系统内回路控制的输入。
[0039] 本具体实施根据侧向运动的状态量的相关性及侧向运动特性，将飞机侧向运动总 体信号流图近似划分为荷兰滚运动模态（状态量r、β及其信号传输通道）和滚转运动模 态（状态量Ρ、Φ及其信号传输通道）两部分，其状态方程的简化形式分别为：
[0042] 针对荷兰滚运动模态和滚转运动模态两部分近似信号流图，均选择信号流图中从 控制量到状态量积分器数目最少（延迟效应最小）的传输通道为各自模态的控制通道，从 而实现各模态的单输入控制。
[0043] 荷兰滚运动模态和滚转运动模态信号传输通道中，均有且仅有唯一的角速度状态 量（r和ρ)可用以改善各自模态的阻尼特性。因此，可确定偏航角速度r到方向舵偏转角 ζ、滚转角速度P到副翼偏转角ξ两个反馈控制回路，以改善各模态阻尼特性。
[0044] 确定偏航角速度r到方向舵偏转角ζ反馈控制回路作为阻尼改善反馈控制回路 后，荷兰滚运动模态信号传输通道中仅剩状态量β可用于改善荷兰滚运动模态频率特性。 因而，确定侧滑角β到方向舵偏转角ζ反馈控制回路，以改善荷兰滚运动模态频率特性。
[0045] 确定滚转角速度p到副翼偏转角ξ反馈控制回路作为阻尼改善反馈控制回路后， 滚转运动模态信号传输通道中仅剩状态量Φ可用于实现侧向滚转姿态控制，并稳定螺旋 运动。因而，确定滚转角Φ到副翼偏转角ξ反馈控制回路，以实现侧向滚转姿态控制，并 稳定螺旋运动。
[0046] 若侧滑角始终为β = 0,由信号流图可知，荷兰滚模态对滚转运动模态的耦合作 用Lfi将完全消除，由此，确定侧滑角指令始终为0。
[0047] 综合以上确定的反馈控制回路及侧滑角指令，即可完全确定飞机自动飞控系统侧 向滚转姿态控制器总体结构。
[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于信号流图的飞机自动飞控系统滚转姿态控制结构设计方法，其特征在于， 包括如下步骤： 51、 分别选取r、β、ρ、Φ为飞机侧向运动状态量，ζ、ξ为飞机侧向运动控制量，每个 状态量配置一个积分器，按照飞机侧向运动状态方程确定r、β、ρ、Φ状态量的微分表达式，即各积分器输入信号，构成飞机侧向运动的总 体信号流图； 式中，》、/Κ/>、#分别为偏航角速度、侧滑角、滚转角速度及滚转角对时间的导 数，队、Νρ、Νρ分别为偏航力矩对偏航角速度、侧滑角及滚转角速度的导数，LpLp、Lp分别 为滚转力矩对偏航角速度、侧滑角及滚转角速度的导数，YP为侧力对侧滑角的导数，g为重 力加速度，V。为空速，ξ、ζ分别为副翼偏转角与方向舵偏转角，Νξ、Νζ分别为偏航力矩对 副翼偏转角与方向舵偏转角的导数，Υξ、Υζ分别为侧力对副翼偏转角与方向舵偏转角的导 数，?ξ、?ζ分别为滚转力矩对副翼偏转角与方向舵偏转角的导数； 52、 以Γ、β为状态量，ζ为输入量，选择总的信号流图中延迟效应最小（积分器最少） 的传输通道近似分离出飞机侧向运动典型荷兰滚模态信号流图，其状态方程形式为53、 从荷兰滚模态信号流图中选择唯一可改善荷兰滚模态阻尼特性的偏航角速度到 方向舵偏转角的反馈控制回路凡，选择唯一可改善荷兰滚模态特征频率的侧滑角到方向舵 偏转角的反馈控制回路Νρ; 54、 以ρ、Φ和ξ分别为状态量和输入量，选择总的信号流图中延迟效应最小（积分器 最少）的传输通道近似分离出飞机侧向运动典型滚转运动模态信号流图，其状态方程形式 为55、 从滚转运动模态信号流图中选择唯一可改善滚转运动模态阻尼特性的滚转角速度 到副翼偏转角的反馈控制回路Lp，选择唯一可改善螺旋模态稳定性的滚转角到副翼偏转角 的反馈控制回路U; 56、 将根据侧向近似荷兰滚模态和滚转模态选择的反馈控制回路同时配置于原系统， 并令侧滑角指令始终为〇,以减小荷兰滚模态与滚转运动模态的耦合作用；令滚转角指令 作为自动飞控系统内回路控制的输入。
【专利摘要】本发明公开了一种基于信号流图的飞机自动飞控系统滚转姿态控制结构设计方法，首先，从飞机侧向运动总的信号流图中近似分离出荷兰滚运动和滚转运动两种模态的局部信号流图；第二，选择积分器数目最少的前向通道作为各自模态的控制传输通道，确定最佳反馈回路以改善阻尼和自然频率特性；最后，将确定的反馈控制回路配置于侧向运动的总体信号流图，确定侧向滚转姿态控制结构。本发明克服了现有技术中根据设计经验选取反馈控制回路导致无法确定自动飞控系统滚转姿态最佳控制结构的不足。
【IPC分类】G05D1/08
【公开号】CN105259903
【申请号】CN201510651767
【发明人】董新民, 陈勇, 薛建平, 孔星炜, 刘娇龙
【申请人】中国人民解放军空军工程大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月30日