【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于控制系统稳定性设计领域，具体涉及一种面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其通过合理设计新型控制器的控制参数，使旋转飞行器在随机扰动情况下保证控制系统稳定收敛，从而提升旋转飞行器飞行过程中动态稳定性的方法。
技术介绍
1、对于采用旋转体制的制导飞行器，旋转减少了传感器设备数量从而简化控制系统组成，旋转还有利于削弱激光拦截武器的打击。但是，旋转飞行器飞行时的旋转运动和来流横向分速的联合作用会产生马格努斯效应，此外执行机构对控制指令的响应存在时间延迟，导致实际控制力滞后控制指令一些角度，使得飞行器在横向通道的控制作用耦合到了纵向通道，并与马格努斯效应同时产生一个垂直于侧滑角平面的面外力矩，最终导致飞行器会以螺旋前进(即锥形运动)的方式飞行，使旋转飞行器的动态稳定性减小、制导精度降低。在应对旋转飞行器锥形运动方面，有两种主要措施，下面介绍其方式和缺点。
2、1、主动抑制锥形运动方案，典型做法为在飞行器前端增设一对独立的可伸缩翼片。由于旋转飞行器转速高，采用主动抑制法的关键问题在于执行机构能否及时准确地响应指令，否则会加剧锥形运动。该方案会额外增加前端控制机构，对飞行器整体设计提出了更高要求；此外，前端控制机构难以实现对控制指令理想的高品质动态响应，效费比较低。
3、2、基于经典控制器推导稳定性方案，典型做法为引入阻尼回路控制器/经典三回路控制器等常见控制器，分析雷达导引头天线罩误差/捷联导引头惯性器件标度因数偏差导致的飞行器锥形运动问题，并推导出系统的稳定性条件。但是，该方法不再适用于新型控制
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法。
3、(二)技术方案
4、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，所述方法包括：
5、步骤1：设计新型结构控制器；
6、步骤2：扰动隔离指标约束下的新型控制器设计。
7、所述步骤1中，设计新型结构控制器；具体如下：
8、平台图像导引头干扰力矩模型，如公式(1)所示；
9、
10、其中，tg为平台图像导引头干扰力矩，ka为阻尼力矩系数，kb为弹簧力矩系数，为导引头框架角；
11、所述新型结构控制器，其针对旋转飞行器的纵向通道的情况下，相比于经典三回路控制器，不同之处在于中间回路采用加速度计测量的信号；
12、所述步骤2中，在扰动隔离指标约束下的新型控制器设计；
13、旋转飞行器运动方程表述为：
14、
15、其中，θ代表飞行器速度矢量与水平面之间的夹角，ψv代表飞行器速度矢量在水平面的投影与地面坐标ox轴所成的夹角，代表飞行器纵轴与水平面的夹角，ψ代表飞行器纵轴在水平面的投影与地面坐标ox轴所成的夹角，α代表飞行器攻角，β代表飞行器侧滑角，δz代表飞行器纵向通道控制机构的偏转角，δy代表飞行器横向通道控制机构的偏转角；其余变量定义如下：
16、
17、aω＝m′ωqsrefl2/(jlatvm),aδ＝-m′δqsrefl/jlat,
18、；符号含义如下：ms′为静稳定力矩系数导数，m′m为马格努斯力矩系数导数，m′ω为阻尼力矩系数导数，m′δ为控制力矩系数导数，cl′为升力系数导数，c′m为马格努斯力系数导数，sref为参考面积，l为特征长度，d为飞行器横向直径，p为飞行器发动机推力，q为动压，jlat为横向转动惯量，jlon为纵向转动惯量，飞行器旋转角速度，vm为飞行器速度；
19、通过定义复角度αc＝β+jα和δ＝δy+jδz，得到旋转飞行器的线性化复微分方程：
20、
21、考虑隔离度因素的新型控制器旋转飞行器的制导指令可表示为：
22、
23、式中，n为飞行器导航比，vc为飞行器与目标相对接近速度，和分别是纵向通道与横向通道的飞行器-目标连线转动角速率，rd为隔离度，和分别是纵向通道俯仰运动角速率与横向通道偏航运动角速率，c为加速度计位置与飞行器质心的距离；
24、旋转飞行器纵向通道与横向通道的加速度响应表示为和纵向通道与横向通道的误差信号用ez和ey表示为：
25、
26、对于执行机构在质心之前的旋转飞行器，为了产生正的俯仰运动，执行机构在飞行器俯仰时的偏转必须是正的；相反，在飞行器偏航运动中，需要执行机构正向偏转来产生负的偏航运动；对于线性时不变系统，稳定性不受输入信号的影响，因而在稳定性分析中可以将输入信号和置零；执行机构的输入指令可以描述为：
27、
28、定义复角度δc＝δyc+jδzc和φ＝ψv+jθ；其中，δyc代表横向通道控制机构输入指令，δzc代表纵向通道控制机构输入指令，ψv代表飞行器速度矢量在水平面的投影与地面坐标ox轴所成的夹角，θ代表飞行器速度矢量与水平面之间的夹角，j代表复数的虚部；旋转飞行器执行机构的输入指令可表示为：
29、
30、执行机构的输出指令与输入指令之间的关系表示为：
31、
32、其中，ks为执行机构增益，kr为执行机构系统气动增益，γd为飞行器旋转和执行机构动力学延时引起的旋转误差角；
33、基于得到的复数模型，运用复系数系统稳定性判据来推导新型控制器设计参数稳定域，从而保证旋转飞行器锥形运动最终收敛，以实现较高的制导精度；
34、将式(7)代入到式(8)中，可得：
35、
36、将式(9)代入到式(3)中，可得：
37、
38、式中：
39、
40、
41、定义状态变量则考虑隔离度的旋转飞行器制导控制系统状态方程表示为：
42、
43、由式(13)，可求得制导系统对应的特征方程为：
44、λ3+(m1+jn1)λ2+(m2+jn2)λ+(m3+jn3)＝0 (14)
45、式中：
46、
47、根据三阶复系数微分方程的稳定性条件，新型控制器旋转飞行器制导系统稳定的充分必要条件为：
48、
49、其中，mi、ni(i＝1,2,3)的表达式由式(11)、(12)、(15)给出。
50、所述方法对于平台图像导引头干扰力矩引起的旋转飞行器锥形运动问题，提出了一种新型结构控制器，采用该新型控制器的系统响应超调量为零，能快速稳定地控制旋转飞行器；基于新型控制器，提出了一种基于隔离度指标约束的旋转飞行器新型控制器设计方法，首次分析推导了新型控制器的稳定性条件，从而得出新型控制器设计参数稳定域；基于参数稳定域可以快速准确地选择控制器的主要设计参数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述步骤1中，设计新型结构控制器；具体如下：
3.如权利要求1所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述步骤2中，在扰动隔离指标约束下的新型控制器设计；
4.如权利要求3所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，θ代表飞行器速度矢量与水平面之间的夹角。
5.如权利要求4所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，ψV代表飞行器速度矢量在水平面的投影与地面坐标ox轴所成的夹角。
6.如权利要求5所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，代表飞行器纵轴与水平面的夹角。
7.如权利要求6所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，ψ代表飞行器纵轴在水平面的投影与地面坐标ox轴所成的夹角。
8.如权利要求7所述的面向新
9.如权利要求8所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，δz代表飞行器纵向通道控制机构的偏转角，δy代表飞行器横向通道控制机构的偏转角。
10.如权利要求8所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述方法对于平台图像导引头干扰力矩引起的旋转飞行器锥形运动问题，提出了一种新型结构控制器，采用该新型控制器的系统响应超调量为零，能快速稳定地控制旋转飞行器；基于新型控制器，提出了一种基于隔离度指标约束的旋转飞行器新型控制器设计方法，首次分析推导了新型控制器的稳定性条件，从而得出新型控制器设计参数稳定域；基于参数稳定域可以快速准确地选择控制器的主要设计参数，保证旋转飞行器锥形运动最终收敛，最终实现较高的制导精度。
...【技术特征摘要】
1.一种面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述步骤1中，设计新型结构控制器；具体如下：
3.如权利要求1所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，所述步骤2中，在扰动隔离指标约束下的新型控制器设计；
4.如权利要求3所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，θ代表飞行器速度矢量与水平面之间的夹角。
5.如权利要求4所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，ψv代表飞行器速度矢量在水平面的投影与地面坐标ox轴所成的夹角。
6.如权利要求5所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)中，代表飞行器纵轴与水平面的夹角。
7.如权利要求6所述的面向新型控制器的旋转飞行器稳定性设计方法，其特征在于，式(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，刘书杰，张意，张鹏飞，杨波，郑建强，康博翼，宋宇航，王乔，杨晓英，贾子琪，郭阳，田卫东，
申请(专利权)人：西安现代控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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