一种横向复合自抗扰过失速机动控制方法

摘要

本发明属于飞行控制技术，涉及一种横向复合自抗扰过失速机动控制方法。本发明包括：滚转速率估计值Z1P和当前滚转速率PSNSN做差后得到误差ERRCMDP；将误差ERRCMDP乘以二阶增益K2ESO并积分后得到扰动力矩Z2P；将扰动力矩Z2P、误差乘以一阶增益K1ESO和副翼舵效BPA乘以副翼舵偏DA并积分后得到滚转速率估计值Z1P；分别将ZIP和Z2P经过限幅；将Z2P除以舵效BPA,再乘以补偿增益KPESO，经过限幅和限制得到最终的动力补偿指令FPESO。本发明可以有效改进在过失速机动过程中由于非线性气动不对称引起的横向震荡以及非指令性滚转问题，大大提高了飞行员成功完成过失速机动动作的成功率，减轻了飞行员的飞行负担。

说明书

技术领域

本发明属于飞行控制技术，涉及一种横向复合自抗扰过失速机动控制方法。

背景技术

战机过失速机动能力的实现，除气动设计、发动机控制、推力矢量技术以外，最关键的是在过失速机动时如何实现控制。因为在过失速机动飞行时，需要突破失速迎角(30°-40°)，这会涉及大范围非线性、非定常气动力及强耦合问题，小扰动线性化方法无法处理如此复杂的非线性方程，因此过失速机动在控制方法的选择上不能继续采用经典PID控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种横向复合自抗扰过失速机动控制方法，针对过失速机动的特殊性和工程应用的可靠性，采用在经典控制的基础上叠加自抗扰控制方法，形成针对过失速机动大迎角控制的复合控制方法。

本发明的技术方案是：一种横向复合自抗扰过失速机动控制方法，是在已有的横向PID控制上叠加了自抗扰控制方法，最终的计算公式为：

DA＝KP×(PC-PSTA)-FPESO

其中DA为副翼指令，KP为横向PID控制增益，PC为横向指令，PSTA为横向反馈，KP×(PC-PSTA)一项为已有的横向PID控制律，FPESO为叠加的自抗扰控制项，其计算过程包括以下步骤：

步骤一，滚转速率估计值Z1P和当前滚转速率PSNSN做差后得到误差ERRCMDP；

ERRCMDP＝Z1P-PSNSN

步骤二，将误差ERRCMDP乘以二阶增益K2ESO并积分后得到扰动力矩Z2P。

Z2P_DOT＝K2ESO×ERRCMDP

步骤三，将扰动力矩Z2P、误差乘以一阶增益K1ESO和副翼舵效BPA乘以副翼舵偏DA并积分后得到滚转速率估计值Z1P

Z1P_DOT＝Z2P+K1ESO×ERRCMDP+BPA×DA

步骤四，分别将ZIP和Z2P经过限幅

步骤五，将Z2P除以舵效BPA,再乘以补偿增益KPESO，经过限幅和限制得到最终的动力补偿指令FPESO

FPESO＝Z2P/BPA×KPESO

本发明的有益效果是：本发明通过滚转速率的扩展状态观测器，在现有PID控制的基础上叠加了自抗扰控制项，可以有效改进在过失速机动过程中由于非线性气动不对称引起的横向震荡以及非指令性滚转问题，大大提高了飞行员成功完成过失速机动动作的成功率，减轻了飞行员的飞行负担。

附图说明

图1为本发明横向复合自抗扰过失速机动控制方法原理示意图；

图2为本发明横向复合自抗扰过失速机动控制方法与现有技术的实施效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

参见图1，本发明是以经典PID控制技术为基础，加入滚转速率的扩展状态观测器估计横向非线性滚转力矩并反馈到比例控制中形成复合控制律，该方法通过滚转速率的扩展状态观测器，在过失速机动过程中受到非线性气动扰动引起滚转速率震荡的时候，识别不确定滚转力矩，消除部分横向扰动静差，加快过渡过程，提高过失速机动过程中完成机动动作的能力，实现通过自抗扰识别并抑制非线性横向震荡的目的。

最终的计算公式为：

DA＝KP×(PC-PSTA)-FPESO

其中DA为副翼指令，KP为横向PID控制增益，PC为横向指令，PSTA为横向反馈，KP×(PC-PSTA)一项为已有的横向PID控制律，FPESO为叠加的自抗扰控制项，其计算过程包括以下步骤：

步骤一，滚转速率估计值Z1P和当前滚转速率PSNSN做差后得到误差ERRCMDP；

ERRCMDP＝Z1P-PSNSN

步骤二，将误差ERRCMDP乘以二阶增益K2ESO并积分后得到扰动力矩Z2P。

Z2P_DOT＝K2ESO×ERRCMDP

步骤三，将扰动力矩Z2P、误差乘以一阶增益K1ESO和副翼舵效BPA乘以副翼舵偏DA并积分后得到滚转速率估计值Z1P

Z1P_DOT＝Z2P+K1ESO×ERRCMDP+BPA×DA

步骤四，分别将ZIP和Z2P经过限幅

步骤五，将Z2P除以舵效BPA，再乘以补偿增益KPESO，经过限幅和限制得到最终的动力补偿指令FPESO

FPESO＝Z2P/BPA×KPESO

详细算法如下：

ERRECMDP＝Z1P-PSNSN

Z1PDOT＝Z2P+K1ESO*ERRECMDP+BPA*DELTAA

Z2PDOT＝K2ESO*ERRECMDP

CALL FINT_LIM(Z1PDOT,Z1P,1.,Z1P0)

Z1P＝RLIMIT1(Z1P,Z1PLM,-Z1PLM)

CALL FINT_LIM(Z2PDOT,Z2P,1.,Z2P0)

Z2PLM＝PESOLM/KPESO*ABS(BPA)

Z2P＝RLIMIT1(Z2P,Z2PLM,-Z2PLM)

FPESO＝RLIMIT1(Z2P/BPA*KPESO,PESOLM,-PESOLM)*KPSMHA

本发明设计的横向复合自抗扰过失速机动控制方法，通过在比例控制的基础上加入了滚转速率的扩展状态观测器形成了复合自抗扰控制方法，通过滚转速率的扩展状态观测器可以有效的识别战机在过失速机动过程中横向的非线性滚转力矩，结合飞控系统时间延迟、战机舵效等因素，设定相应的反馈参数改善战机过失速机动过程中横向响应特性，从而实现对横向非线性气动特性的识别和改善，抑制战机在做过失速机动动作时横向非线性气动特性的影响，提高过失速机动完成的有效性，保证飞行安全性。图2给出了眼镜蛇机动过程中仿真轨迹图，如图所示带自抗扰的过失速机动横向复合控制方法，优于不带自抗扰的过失速横向控制方法。

该技术已经在某飞行演示验证项目上使用，通过仿真计算和品模试验证明，该方法都能较好地识别横向气动非线性，并抑制过失速机动过程中横向震荡，有效改善过失速机动过程中战机在横向不稳定区域内的完成机动动作的难度。