[发明专利]一种计算无人机飞行控制系统相位稳定裕度的方法

说明书

本发明公开了一种计算无人机飞行控制系统相位稳定裕度的方法，包括以下步骤：1）获取飞行控制系统的开环相角稳定裕度；2）根据飞行控制系统的环节构成，分析确定控制系统每个环节存在的时间延迟，并累加控制系统中所有环节的时间延迟，获得飞行控制系统总的时间延迟；3）根据获得飞行控制系统的开环相角稳定裕度和总的时间延迟，通过相位稳定裕度的计算公式求取飞行控制系统的剩余相位稳定裕度。本发明利用截止频率、时间延迟以及相位稳定裕度之间的关系，实现了对飞行控制系统剩余相位稳定裕度的计算，为分析飞行控制系统的安全性和可靠性提供重要依据，其过程简单且易实施，具有很高的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及航空飞行控制技术领域，具体是指一种计算无人机飞行控制系统相位稳定裕度的方法。

背景技术

目前，随着无人机技术的发展，无人机的控制系统得到了越来越多的关注。为了提高无人机的安全性和可靠性，无人机控制系统需要对时延具有一定的容忍能力。

在设计无人机控制器时往往会忽视如传感器，作动器等带来的时延。对于无人机而言，如果时延超过无人机可容忍范围，原本稳定的无人机控制系统会变得不稳定。工程上要求控制系统剩余相位稳定裕度应当不小于45度，若小于45度，则认为系统不稳定，因此，需要提出一种考虑时间延迟影响的飞行控制系统剩余相位稳定裕度的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相对简单，且易实施，具有较强的工程实用性的计算无人机飞行控制系统相位稳定裕度的方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种计算无人机飞行控制系统相位稳定裕度的方法，包括以下步骤：

(1)获取飞行控制系统的开环相角稳定裕度；

(2)根据飞行控制系统的环节构成，分析确定控制系统每个环节存在的时间延迟，并累加控制系统中所有环节的时间延迟，获得飞行控制系统总的时间延迟；

(3)根据获得飞行控制系统的开环相角稳定裕度和总的时间延迟，通过相位稳定裕度的计算公式求取飞行控制系统的剩余相位稳定裕度。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)中，所述飞行控制系统的开环相角稳定裕度是通过频域分析方法获得。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，使用频域分析方法获得飞行控制系统的开环相角稳定裕度的具体过程为：绘制飞行控制系统的开环伯德图，从伯德图中获取飞行控制系统的开环相位稳定裕度。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(2)中，所述飞行控制系统的环节构成包括传感器环节、飞行控制计算机环节、以及伺服作动机构环节。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述传感器环节的时间延迟通过产品性能说明书中获得，所述飞行控制计算机环节的时间延迟通过飞控计算机解算周期获得，所述伺服作动机构环节的时间延迟通过产品性能说明书中获得。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(3)中，求取飞行控制系统的剩余相位稳定裕度的具体过程为：

(3.1)利用伯德图确定飞行控制系统的截止频率后，就可确定飞行控制系统因时间延迟降低的相位稳定裕度，具体计算公式如下：

P_delay＝ω_c·T_delay

其中，ω_c为飞行控制系统的截止频率，P_delay为飞行控制系统因时间延迟降低的相位稳定裕度，T_delay为飞行控制系统总的时间延迟；

(3.2)利用获取的飞行控制系统的开环相角稳定裕度减去飞行控制系统因时间延迟降低的相位稳定裕度，即得飞行控制系统剩余的相位稳定裕度，具体计算公式如下：