[发明专利]一种三轴静不稳定飞翼无人机姿态角控制方法

说明书

本发明公开了一种三轴静不稳定飞翼无人机姿态角控制方法，包括以下步骤：1）使用增稳系统改善飞行器的静稳定性和动稳定性；2）在迎角与侧滑角增稳的基础上，设计飞翼无人机的姿态角控制回路；3）用极点配置的策略，确定迎角增稳的控制增益与俯仰角速率控制增益。本发明提供的控制方法飞翼无人机天然纵向力臂短的缺点，将纵向放宽静稳定性与飞翼无人机的有机结合，极大的发挥出飞翼无人机的优势，为后续飞翼无人机灵巧飞行、载荷提升等方面提供强有力的技术支撑；大大提高了飞翼无人机姿态角控制的抗扰能力，具有优良的鲁棒能力，可使飞翼布局无人机在姿态可控的情况下发挥静不稳定的飞行性能，提高飞翼无人机的机动性与灵巧性，为飞翼无人机姿态角优良控制奠定坚实的基础。

技术领域

本发明涉及航空器飞行技术领域，具体是指一种三轴静不稳定飞翼无人机姿态角控制方法。

背景技术

目前，公知的飞翼布局无人机是机体和机翼一体化设计，可消除尾翼涡流与激波影响，降低飞机的摩擦阻力和干扰阻力。翼身融合加大了机翼面积和展弦比，大大的增加了升力。但是，飞翼无人机纵向操纵力臂短以及无垂尾的气动布局导致其三轴静不稳定，增加了飞翼布局无人机的控制难度。目前还未见有针对飞翼无人机的控制研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使飞翼布局无人机在姿态可控的情况下发挥静不稳定的飞行性能，提高飞翼无人机的机动性与灵巧性的三轴静不稳定飞翼无人机姿态角控制方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种三轴静不稳定飞翼无人机姿态角控制方法，包括以下步骤：

(1)使用增稳系统改善飞行器的静稳定性和动稳定性；

(2)在迎角与侧滑角增稳的基础上，设计飞翼无人机的姿态角控制回路；

(3)用极点配置的策略，确定迎角增稳的控制增益与俯仰角速率控制增益。

本技术方案工作原理为，根据增稳原理，对于纵向、横纵向不稳定的飞机，飞行器难以操控，必须应用增稳系统改善飞行器的静稳定性和动稳定性。在完成迎角侧滑角增稳之后，为了实现姿态角即滚转角与俯仰角的精准控制，其采用纯角速率控制方案，内环纯角速率的控制策略为，在姿态控制的角速率环采用纯角速率控制方案。内环指控制回路的内回路，外坏指控制回路的外回路。本专利中的内环具体指姿态控制回路中的角速率控制回路。外环具体指姿态控制回路中的姿态角控制回路。采用极点配置的策略，确定迎角增稳的控制增益与俯仰角速率控制增益；姿态控制环采用滚转角、俯仰角的比例控制，实现对滚转角、俯仰角的无静差控制控制策略是通过数学公式实现控制目标，策略的设计最终都是通过公式实现。鲁棒能力指控制系统在一定参数摄动下，能维持其某些性能特性的能力。采用纯角速度与气流角交叉混合方法“大大”提高了无人机姿态角抗干扰能力，则极大提高了鲁棒能力，使之具有优良的鲁棒性。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)中，使用增稳系统改善飞行器的静稳定性和动稳定性的具体过程为：在升降舵控制通道引入迎角反馈，实现纵向静稳定性由静不稳定变成静稳定，在副翼舵与方向舵分别引入侧滑角信号，飞翼无人机滚转静不稳定改变成滚转静稳定，将偏航静不稳定改变成偏航静稳定。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤(1)中，通过增稳系统根据升降舵引入迎角信号增稳原始数学公式，得到升降舵气流角反馈形式，具体如下：

通过副翼舵引入侧滑角信号增稳原始数学公式，得到副翼舵气流角反馈形式，具体如下：

通过方向舵引入侧滑角信号增稳原始数学公式，得到方向舵气流角反馈形式，具体如下：