[发明专利]一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法

权利要求书

1.一种倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)建立适用于计算倾转旋翼机倾转过渡过程的飞行动力学模型；该模型在建立过程中考虑了驾驶员拉力杆操纵量δ_col与u_n；

2)根据不同的飞行任务、飞行姿态、飞行时间以及驾驶员工作负荷建立合适的边界条件、路径约束和性能指标，将倾转旋翼机的倾转过渡过程转化为非线性动态最优控制问题；

3)设计数值优化算法对步骤2)中的非线性动态最优控制问题进行求解，得到倾转旋翼机的倾转过渡过程；

上述步骤1)中模型在倾转过渡求解过程中能够考虑到操纵系统特性对操纵量变化速度的限制，还能避免在数值求解过程中出现跳跃不连续；

上述步骤1)中模型包括：基本非线性飞行动力学模型，混合操纵方程和控制量微分方程；

上述的混合操纵方程为：

上述的控制量微分方程为：

考虑到操纵系统特性对操纵量变化速度的限制，同时为了避免操纵量在优化过程中出现跳跃不连续或者bang-bang型控制的形式，使用δ_col、δ_lon、δ_lat、δ_ped和δ_in的一阶导数作为控制量，并把δ_col、δ_lon、δ_lat、δ_ped和δ_in作为新的状态变量：

上述步骤2)中的性能指标具体为：

其中，

式中，w_t,w₁,w₂,w₃,w₄,w₅为常数权重因子，权重系数越大，对应项越重要；在倾转过渡过程中，驾驶员通过拇指滚轮让发动机短舱以固定的角速率进行倾转，并专注于对总距杆和纵向杆的控制；此外，在倾转过渡过程中也要关注俯仰角速率和俯仰角的变化，因此各项比重有所不同，权重系数定为：w_t＝1.0,w₁＝2.0,w₂＝2.0,w₃＝1.0,w₄＝1.5,w₅＝1.5；

上述步骤2)中的路径约束具体为：为了让高度保持在可接受的范围内，在路径约束中根据不同的飞行任务要求对高度变化进行了一定的限制；在路径约束中对俯仰姿态角和角速率也进行限制：

利用倾转旋翼机短舱倾转角-速度包线分析方法确定路径约束，使倾转过渡过程保持在短舱倾转角-速度包线内；

整个倾转过渡过程中，驾驶员的操纵速率根据对应型号的倾转旋翼机的助力器速率限制确定：

上述步骤2)中的边界条件具体为：操纵策略优化初始边界条件为飞行器当前飞行状态；将末端边界条件设定为目标倾转角度以及前飞速度，即：

其中i_nt为目标发动机短舱倾转角度，为目标前飞速度，具体数值根据飞行任务要求确定。

2.根据权利要求1所述的倾转旋翼机倾转过渡过程的求解方法，其特征在于，上述步骤3)中的数值优化算法具体为：采用直接转换法和序列二次规划算法来求解；

在进行数值计算时，首先对飞行动力学模型中的参数进行无量纲缩放；

定义常数k₁，k₂，k₃，k₄对状态量、控制量和时间进行无量纲缩放：

长度、质量、气动力和气动力矩的无量纲缩放如下：

为了使无量纲缩放后的状态变量和控制变量大小接近1，取k₁＝k₂＝100,k₃＝1,k₄＝0.01；

无量纲缩放后的飞行动力学状态方程表示为：

将时间的无量纲τ等分为N-1个时间段：

使用直接转换法把连续空间下的状态变量和控制变量进行离散，得到非线性规划问题的设计变量；

则离散后的设计变量为：

其中：

τ_mk＝(τ_k+τ_k+1)/2

对非线性动态最优控制问题中的微分方程进行离散，得到如下缺陷等式约束方程：

其中：

对性能指标进行离散得到：

边界条件作用于最后一个节点：

路径约束作用于每一个时间段节点和中间节点：

将非线性动态最优控制问题转化为非线性规划问题后，应用序列二次规划算法求解该非线性规划问题即可得到最优解；并对最优解中所有节点处的状态变量和控制变量进行分段3次Hermite插值，得到杆量变化、倾转规律和飞行轨迹。