一种直升机半滚倒转机动控制方法技术

本发明专利技术提供了一种直升机半滚倒转机动控制方法，包括：1)机动过程分解：根据直升机半滚倒转机动动作机理特征，将其分解为进入、半滚、俯冲拉起以及改出四个阶段；2)机动控制模态与控制指令设计：根据不同的飞行阶段设计相应的控制模态，在半滚段设计滚转角速度保持，依据滚转角调整总距输入量；在俯冲拉起段设计俯仰角速度保持，依据俯仰角调整总距输入量；3)视景仿真验证：基于UDP网络通信机制构建Matlab与FlightGear的联合仿真环境，并制定机动指令输入与飞行参数反馈的数据协议，实现机动过程视景仿真验证。通过视景仿真表明，本发明专利技术能够较好的完成直升机半滚倒转机动飞行，在对抗过程中，以高度换取速度、快速实现反向，由被动锁定转为主动攻击状态，为进一步直升机半滚倒转机动的工程试验提供理论基础。机动的工程试验提供理论基础。机动的工程试验提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种直升机半滚倒转机动控制方法


[0001]本专利技术涉及直升机大机动飞行领域，具体涉及一种直升机半滚倒转机动控制方法。

技术介绍

[0002]由于直升机具有反应迅速、快速机动等优势，在战场、山区、高原等复杂环境中得到了越来越广泛的应用，而提高直升机的机动飞行能力是保障直升机战场生存能力的有效手段。直升机机动飞行可以在复杂环境下跟踪和瞄准快速移动的目标，快速改变飞行路径、高度来躲避攻击，可以极大增强任务能力和直升机生存能力。长期以来，直升机机动飞行一直是研究领域热点，机动动作使直升机在复杂环境下跟踪和瞄准快速移动的目标，快速改变飞行路径、高度来躲避攻击，可以极大增强任务能力和直升机生存能力。机动飞行是一个非常复杂的过程，其中涉及到飞行器设计、飞行力学、飞行控制、智能决策等多个领域。目前，机动动作设计、机动飞行器建模和机动控制器是该领域的研究难题，同时也是机动飞行的热门话题。大部分针对直升机的研究还是偏向于直升机的稳定飞行，近年来越来越多人致力于直升机机动飞行。现有的研究方法包括仿真技术、飞行模拟、实际飞行动作试验等。直升机机动飞行控制的难点在于：机动飞行过程中存在的严重的气动、操纵耦合，建模的不确定性与扰动因素大幅增加，同时对直升机自身的结构强度也提出严峻考验，因此需要设计一套控制结构合理，机动指令切换平滑的控制策略。
[0003]本专利针对直升机半滚倒转机动作开展控制方法研究，旨在战场格斗态势，以直升机当前高度转换为前飞速度速度，迅速实现直升机反向飞行的机动动作，有效地化解由被动攻击到主动打击的角色转变。由于该机动动作包括180度滚转、俯冲以及拉起等极限动作，设计一种切实可行的直升机半滚倒转机动控制方法尤为重要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的问题，本申请通过对直升机半滚倒转机动机理进行分析，根据机动状态设计相应的控制模态与控制指令，采用视景仿真手段，对某型直升机开展半滚倒转机动飞行仿真，为进一步开展直升机机动飞行试飞提供有效的技术途径。
[0005]技术方案
[0006]本申请提供一种直升机半滚倒转机动控制方法，所述控制方法包括以下内容：
[0007]S1，将直升机半滚倒转机动动作分解为四个阶段，所述四个阶段包含：进入段、半滚段、俯冲拉起段和改出段四个阶段；
[0008]S2，分别为每个阶段设计控制模态，根据机动过程中各阶段实时飞行状态及其飞行轨迹设计控制模态和控制指令。
[0009]进一步的，在所述进入段中，四通道控制模态分别为：纵向通道采用速度保持控制、横向通道采用位置保持控制、航向通道采用偏航角保持控制、垂向通道采用高度保持控制。
[0010]进一步的，进入段四通道控制指令为：
[0011][0012]式中，θ
c
为期望的俯仰角输入指令，为纵向速度PID控制增益；u
c
为纵向速度设定值，u为纵向速度，θ
trim
为俯仰角配平值；φ
c
为滚转角输入指令，为横向位置PID控制增益，Y
c
为横向位置指令，Y为横向位置，v为横向速度；ψ
c
为偏航角指令，h
c
为高度指令。
[0013]进一步的，在所述半滚段中，根据滚转角实时状态分为两阶段：第一段，滚转角从0度到90度变化时，纵向采用俯仰角保持控制、横向通道采用滚转角速度跟踪控制、航向通道采用偏航角保持控制、垂向通道采用总距直接控制；
[0014]第二段，当滚转角从90度到180度变化时，纵向采用俯仰角速度保持控制、横向通道采用滚转角速度保持控制、航向通道采用偏航角速度保持控制、垂向通道采用总距直接控制。
[0015]进一步的，在所述半滚段中，当滚转角从0度到90度变化时，半滚段控制指令为：
[0016][0017]滚转角从90度到180度变化时，半滚段控制指令为：
[0018][0019]式中，p0为初始滚转角速度，p
c
为期望滚转角速度，q
c
为期望俯仰角速度，δ
c
为总距指令，δ
c0
为悬停时总距，δ
c1
为倒飞悬停时总距，φ为滚转角。
[0020]进一步的，在所述俯冲拉起段中，根据俯仰角的值分为两阶段：第一阶段，俯仰角从0度到
‑
90度变化时，纵向采用俯仰角速度跟踪控制、横向通道采用滚转角速度保持控制、航向通道采用偏航角速度控制、垂向通道采用总距直接控制；
[0021]第二阶段，俯仰角从
‑
90度到0度变化时，纵向采用俯仰角速度保持控制、横向通道采用滚转角跟踪控制、航向通道采用偏航角跟踪控制、垂向通道采用总距直接控制。
[0022]进一步的，在所述俯冲拉起段中，当俯仰角从0度到
‑
90度时，输入指令为：
[0023][0024]俯仰角从
‑
90度到0度时，指令为：
[0025][0026]式中，θ为俯仰角。
[0027]进一步的，在所述改出段中，四通道控制模态分别为：纵向采用速度控制、横向通道采用速度控制、航向通道采用偏航角控制、垂向通道采用高度控制。
[0028]进一步的，在所述改出段中，输入指令为：
[0029][0030]式中，为半滚倒转机动改出后期望高度，u
′
c
、v
′
c
分别为改出后纵向速度指令、改出后横向速度指令。
[0031]有益效果
[0032]本申请实施方案对半滚倒转机动动作进行分析，确定每一阶段直升机的飞行状态，将其划分为进入段、半滚段、俯冲拉起段和改出段四个阶段，再分别为四个阶段选择对应的飞行模态。对飞行模态进行分解，得到四个通道的控制模态，再根据实时飞行状态与飞行轨迹设计出机动飞行的控制指令。构建基于Matlab与FlightGear的直升机机动飞行仿真环境，以视景仿真的方式进行控制方法验证，能够直观掌握到直升机的真实机动飞行过程。
[0033]本专利技术具有以下优点：(1)对半滚倒转机动进行分段，便于控制模态与控制指令设计，简化了设计过程；(2)在半滚段设计滚转角速度保持，依据滚转角调整总距输入量；在俯冲拉起段设计俯仰角速度保持，依据俯仰角调整总距输入量，减小了控制模态切换过程中通道之间的耦合以及控制指令切换导致状态跳变等因素带来的影响；(3)使用Matlab与FlightGear构建的直升机机动飞行仿真环境，既能够直观掌握到直升机的真实机动飞行过程，也能避免因控制模态设计不合理而导致飞机损毁，提高了设计效率。
附图说明
[0034]图1为仿真系统整体框图；
[0035]图2为半滚倒转机动示意图；
[0036]图3为半滚倒转机动控制策略示意图；
[0037]图4为半滚倒转机动半滚段视景仿真图；
[0038]图5为半滚倒转机动俯冲拉起段视景仿真图；
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直升机半滚倒转机动控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下内容：S1，将直升机半滚倒转机动动作分解为四个阶段，所述四个阶段包含：进入段、半滚段、俯冲拉起段和改出段四个阶段；S2，分别为每个阶段设计控制模态，根据机动过程中各阶段实时飞行状态及其飞行轨迹设计控制模态和控制指令。2.根据权利要求1所述的一种直升机半滚倒转机动控制方法，其特征在于：在所述进入段中，四通道控制模态分别为：纵向通道采用速度保持控制、横向通道采用位置保持控制、航向通道采用偏航角保持控制、垂向通道采用高度保持控制。3.根据权利要求2所述的一种直升机半滚倒转机动控制方法，其特征在于：进入段四通道控制指令为：式中，θ
c
为期望的俯仰角输入指令，为纵向速度PID控制增益；u
c
为纵向速度设定值，u为纵向速度，θ
trim
为俯仰角配平值；φ
c
为滚转角输入指令，为横向位置PID控制增益，Y
c
为横向位置指令，Y为横向位置，v为横向速度；ψ
c
为偏航角指令，h
c
为高度指令。4.根据权利要求2所述的一种直升机半滚倒转机动控制方法，其特征在于：在所述半滚段中，根据滚转角实时状态分为两阶段：第一段，滚转角从0度到90度变化时，纵向采用俯仰角保持控制、横向通道采用滚转角速度跟踪控制、航向通道采用偏航角保持控制、垂向通道采用总距直接控制；第二段，当滚转角从90度到180度变化时，纵向采用俯仰角速度保持控制、横向通道采用滚转角速度保持控制、航向通道采用偏航角速度保持控制、垂向通道采用总距直接控制。5.根据权利要求4所述的一种直升机半滚倒转机动控制方法，其特征在于：在所述半滚段中，当滚转角从0度到90度变...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭剑东，邓德辉，刘基，仲倩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：