[发明专利]一种适用于非零滚转角的轴对称飞行器侧向控制方法

说明书

本发明涉及一种适用于非零滚转角的轴对称飞行器侧向控制方法，包括：S1.建立当地地理系到机体坐标系的转换矩阵，以及，获取轴对称飞行器在所述机体坐标系下的飞行状态信息;S2.基于所述机体坐标系和所述当地地理系，构建一个适用于非零滚转角的准机体坐标系;S3.建立所述准机体坐标系和所述机体坐标系之间的转换器;S4.基于所述转换器将所述机体坐标系下的飞行状态信息转换为所述准机体坐标系下的准飞行状态信息;S5.将所述准飞行状态信息与对所述轴对称飞行器进行飞行控制的侧向控制指令进行比较，并获取比较结果；S6.基于比较结果对所述侧向控制指令进行校正，并基于校正后的侧向控制指令对轴对称飞行器进行飞行控制。

技术领域

本发明涉及一种飞行器侧向控制方法，尤其涉及一种适用于非零滚转角的轴对称飞行器侧向控制方法。

背景技术

轴对称飞行器指飞行器的外形关于飞行器的中心纵轴线相互对称，通常由两对弹翼、两对全动舵面和弹身组成，弹翼和舵面沿弹身周围均匀分布，在空中可呈“十”字形或“X”字形。轴对称飞行器有两对较大的翼面，通过偏转两对舵面，可以产生导引飞行器至空间指定方向的法向力。

对于舵面按“十”字形布局的飞行器，通过偏转水平舵可以改变飞行器的俯仰姿态，形成迎角，从而改变升力的大小和方向；通过偏转方向舵可以改变飞行器的偏航姿态，形成侧滑角，使侧向力大小和方向发生变化。对于舵面按“X”字形布局的飞行器（如图1所示），偏转I、III舵面，飞行器在II/IV舵面方向上产生法向力；偏转II、IV舵面，飞行器在I/III舵面方向产生法向力。因此在飞行器控制系统设计时，对于轴对称飞行器俯仰和偏航两个通道通常采用相同的侧向控制结构和参数。

由于轴对称飞行器能在任意方向都产生较大的法向力，使得它可以在任意平面内做较大的机动飞行，所以机动性良好。与此同时，由于轴对称结构，导致飞行器存在较强的气动耦合、惯性耦合和运动耦合。在飞行器控制系统设计时，需要克服不同通道之间的气动、角度与角速度之间的相互影响而产生的耦合，因此飞行器侧向控制通常有两种控制方案：

１）侧滑转弯（STT）控制，即按照直角坐标来控制机体飞行，飞行器转弯时不滚转，保持滚转角为零，转弯所需的侧向过载由侧滑角产生；

２）倾斜转弯（BTT）控制，即按照极坐标体制来控制机体飞行，飞行器转弯前先通过滚转通道控制机体快速旋转，尽快将飞行器的主升力面对准目标，然后操纵机体俯仰通道迅速跟踪导引指令，整个过程侧滑角保持为零（一般指标要求是不大于3°）。

由于轴对称飞行器缺少主升力面，因此通常不采用倾斜转弯（BTT）控制，而是采用侧滑转弯（STT）控制。

传统STT控制的飞行器滚转通道需要满足保持滚转角γ=0的条件，并通过侧滑产生的侧向加速度a_z来实现侧向转弯，而由于滚转力矩系数的影响，采用STT控制模式容易导致侧向机动与倾斜稳定之间的矛盾难以协调，为了避免各通道之间产生严重耦合，确保三通道独立设计的合理性，滚转角γ被严格限制于几乎等于0的很小范围内。在此基础上，可以对俯仰和偏航两个控制通道进行解耦，然后采用两回路侧向控制结构进行控制。

现有飞行器侧向控制主要是角度两回路结构，即通过测量和计算得到的姿态角和姿态角速率信息，将该两部分信息转化为控制反馈信号，引入控制系统，实现控制系统的闭环控制。

传统STT控制，满足保持滚转角γ=0的条件时，其系统框图如图2所示，其中，θ_c是侧向通道角度控制指令，w_b是机体侧向通道实测角速率，θ_b是机体侧向通道实测角度。