飞行器姿态通道内的控制器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种飞行器姿态通道内的控制器及其设计方法，所述控制器包括：频率响应函数为WG(s)的第一频率响应单元，其输入端为控制器的输入端；低通滤波单元，其输入端与第一频率响应单元的输出端相连；减法器，其正向输入端与第一频率响应单元的输出端相连，负向输入端与低通滤波单元的输出端相连，其输出端输出的信号用于控制第一空气舵；频率响应函数为的第二频率响应单元，其输入端与低通滤波单元的输出端相连；乘法器，其输入端与第二频率响应单元的输出端相连，用于将第二频率响应单元输出的信号乘以系数后从其输出端输出，输出的信号用于控制第二空气舵。本发明专利技术的控制器在实现姿态通道内的两个空气舵的控制时，设计工作量小。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，所述控制器包括：频率响应函数为WG(s)的第一频率响应单元，其输入端为控制器的输入端；低通滤波单元，其输入端与第一频率响应单元的输出端相连；减法器，其正向输入端与第一频率响应单元的输出端相连，负向输入端与低通滤波单元的输出端相连，其输出端输出的信号用于控制第一空气舵；频率响应函数为的第二频率响应单元，其输入端与低通滤波单元的输出端相连；乘法器，其输入端与第二频率响应单元的输出端相连，用于将第二频率响应单元输出的信号乘以系数后从其输出端输出，输出的信号用于控制第二空气舵。本专利技术的控制器在实现姿态通道内的两个空气舵的控制时，设计工作量小。【专利说明】
本专利技术涉及航空航天领域，尤其涉及一种飞行器姿态通道内的控制器及其设计方 法。
技术介绍
飞行器（flight vehicle)是一种由人类制造并由人来控制的器械飞行物，它能飞 离地面，并可在大气层内或大气层外空间（太空）飞行。飞行器分为5类，包括：滑翔机、 飞艇、飞机、直升机等航空器，人造地球卫星、载人飞船、空间探测器、航天飞机等航天器，火 箭，导弹和制导武器。 飞行器能在空中按预定的轨迹运动总离不开它的姿态控制系统。由于角运动使飞 行器的姿态发生变化，因此对飞行器在空间的角运动（可分解为俯仰、偏航和滚动三个角 运动）的控制就是对飞行器姿态的控制。其中，控制使飞行器三个姿态角发生变化的力矩 由飞行器上的执行机构产生，常见的执行机构有空气舵、推力矢量发动机、反作用飞轮、喷 气执行机构或由其它环境力执行机构。 其中，带有伺服系统的空气舵在航空航天领域有着广泛的应用。为保证诸如高速 滑翔飞行器类的飞行器的稳定飞行，飞行器的单个姿态通道内可配置两个独立的空气舵以 及相应的伺服系统（记为3? 1和SF2);其中，两个空气舵的频率响应函数分别为WSl(s)、 WS2(s);两个空气舵的伺服系统的频率响应函数分另ij为WSF1(s)和WSF2(s)。通常，可认为 WSF1(s)的动态特性较快，WSF2(s)的动态特性较慢。 【权利要求】1. 一种飞行器姿态通道内的控制器，其特征在于，包括： 第一频率响应单元，其频率响应函数为We(s)，其输入端为所述控制器的输入端； 低通滤波单元，其输入端与第一频率响应单元的输出端相连； 减法器，其正向输入端与第一频率响应单元的输出端相连，其负向输入端与所述低通 滤波单元的输出端相连，其输出端输出的信号用于控制所述姿态通道内的第一空气舵； 第二频率响应单元，其频率响应函数为，其输入端与所述低通滤波单元的输出 端相连； 乘法器，其输入端与第二频率响应单元的输出端相连，用于将第二频率响应单元输出 的信号乘以系数|后从其输出端输出，输出的信号用于控制所述姿态通道内的第二空气 k 舵； 其中，We(s)是根据所述姿态通道内的第一空气舵的频率响应函数、第一空气舵的伺服 系统的频率响应函数设计的； WSF1(s)是第一空气舵的伺服系统的频率响应函数； WSF2(s)是第二空气舵的伺服系统的频率响应函数； k是第二空气舵的频率响应函数与第一空气舵的频率响应函数的比例。2. 如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述We(s)具体根据如下方法计算得到 的： 将所述姿态通道内的第一空气舵的频率响应函数、第一空气舵的伺服系统的频率响应 函数，分别作为虚拟的被控对象的频率响应函数1 (s)、虚拟的被控对象的伺服系统的频率 响应函数WSF(s); 根据Ws (s)、WSF(s)设计出虚拟控制器的频率响应函数We(s)。3. 如权利要求2或3所述的控制器，其特征在于，所述Ms)具体为：其中，m为设定的数值，s为频率。4. 一种飞行器姿态通道内的控制器设计方法，包括： 将所述姿态通道内的第一空气舵的频率响应函数、第一空气舵的伺服系统的频率响应 函数，分别作为虚拟的被控对象的频率响应函数^ (s)、虚拟的被控对象的伺服系统的频率 响应函数WSF(s); 根据Ws(s)、WSF(s)设计出虚拟控制器的频率响应函数We(s); 根据We(s)计算出用于控制第一空气舵的第一控制器的频率响应函数Wei (s)，以及用 于控制所述姿态通道内的第二空气舵的第二控制器的频率响应函数We2 (s):其中，WSF1(s)为第一空气舵的伺服系统的频率响应函数;WSF2(s)为第二空气舵的伺服 系统的频率响应函数；k为第二空气舵的频率响应函数与第一空气舵的频率响应函数的比 例；WdG)为设定的低通滤波器的频率响应函数； 根据wei (s)、We2(s)分别设计出第一控制器和第二控制器。5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据We(s)计算出用于控制第一空气舵 的第一控制器的频率响应函数W ei (s)，以及所述姿态通道内的第二空气舵的控制器的频率 响应函数WG2 (s),具体包括： 计算出所述虚拟控制器的开环传递特性G); 使得第一空气舵的控制器与第二空气舵的控制器的控制回路的开环传递特性W_n(S) 与(4 一致后，通过设定的低通滤波器的频率响应函数Ms),得到We(s)的高频部分 Wei (s)和低频部分W' e2 (s)，进而根据W' e2 (s)得到We2 (s)。6. 如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述Ms)具体为：其中，m为设定的数值，s为频率。7. -种飞行器姿态通道内的控制器，其特征在于，包括： 第一控制器，用于控制所述姿态通道内的第一空气舵，其频率响应函数为Wei (s); 第二控制器，用于控制所述姿态通道内的第二空气舵，其频率响应函数为We2 (s);其 中，其中，WSF1(s)为第一空气舵的伺服系统的频率响应函数;WSF2(s)为第二空气舵的伺服 系统的频率响应函数；k为第二空气舵的频率响应函数与第一空气舵的频率响应函数的比 例；W^^s)为设定的低通滤波器的频率响应函数。8. 如权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述W^shW^s)是根据如下方法设计 出的： 将所述姿态通道内的第一空气舵的频率响应函数、第一空气舵的伺服系统的频率响应 函数，分别作为虚拟的被控对象的频率响应函数^ (s)、虚拟的被控对象的伺服系统的频率 响应函数WSF(s); 根据Ws(s)、WSF(s)设计出虚拟控制器的频率响应函数We(s); 根据 (s)计算出 Wei (s)、We2 (s)。9. 如权利要求7或8所述的控制器，其特征在于，所述Ms)具体为：其中，m为设定的数值，s为频率。【文档编号】G05B13/04GK104155984SQ201410389938【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日 【专利技术者】柳嘉润, 黄万伟, 包为民, 马卫华, 祁振强, 唐海红 申请人:北京航天自动控制研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器姿态通道内的控制器，其特征在于，包括：第一频率响应单元，其频率响应函数为WG(s)，其输入端为所述控制器的输入端；低通滤波单元，其输入端与第一频率响应单元的输出端相连；减法器，其正向输入端与第一频率响应单元的输出端相连，其负向输入端与所述低通滤波单元的输出端相连，其输出端输出的信号用于控制所述姿态通道内的第一空气舵；第二频率响应单元，其频率响应函数为其输入端与所述低通滤波单元的输出端相连；乘法器，其输入端与第二频率响应单元的输出端相连，用于将第二频率响应单元输出的信号乘以系数后从其输出端输出，输出的信号用于控制所述姿态通道内的第二空气舵；其中，WG(s)是根据所述姿态通道内的第一空气舵的频率响应函数、第一空气舵的伺服系统的频率响应函数设计的；WSF1(s)是第一空气舵的伺服系统的频率响应函数；WSF2(s)是第二空气舵的伺服系统的频率响应函数；k是第二空气舵的频率响应函数与第一空气舵的频率响应函数的比例。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳嘉润，黄万伟，包为民，马卫华，祁振强，唐海红，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11