[发明专利]一种垂直/短距起降飞机飞行控制系统

摘要

本发明提出了一种垂直/短距起降飞机飞行控制系统，该控制系统包含一个过渡过程控制器、一个常规飞行模式控制器和一个飞行模式判定器，过渡过程飞行模式控制器采用预测控制方法，选取过渡过程飞机跟踪指令满足：终端状态飞机气动升力大于重力在升力方向的分量。将飞机推进系统及气动舵面动力学模型表征为带位置与速率约束的线性模型，将垂直/短距起降飞机非线性动力学模型局部线性化，将得到的线性化模型与推进系统线性模型融合，得到扩展系统模型，设计扩展卡尔曼滤波器观测系统状态和扰动，基于离散扩展系统及状态和扰动观测值设计预测控制器。预测控制器中操纵器期望选为飞行动压的函数，预测控制器权重矩阵也设计为飞行动压的函数，使得随着动压增加操纵器逐渐切换至常规飞行模式期望值。飞行模式切换判定依据为：推进系统的升力风扇推力和大转角推力矢量偏转角小于给定值，满足判定依据时将由过渡过程控制器切换为常规飞行控制器。该控制系统可以避免推进系统带宽低带来的控制震荡，飞行模式切换策略可以避免因建模误差带来的过渡终端震荡问题，实现快速、平稳起飞。

主权项

1.一种垂直/短距起降飞机飞行控制系统，其特征在于，包含一个过渡过程控制器、一个常规飞行模式控制器和一个飞行模式判定器；所述过渡过程控制器，其特征在于，选取垂直/短距起降飞机跟踪指令为：前飞速度V_xg、竖直飞行速度V_zg和俯仰姿态角θ，终端指令值选取依据为：飞机气动升力大于飞机重力在升力方向的分量；在飞机当前状态对飞机的非线性动力学模型局部线性化，并将得到的时变线性系统和操纵器动力学模型融合，将局部线性化系统和操纵器动力学模型融合，从而得到飞机/操纵器扩展系统模型，并对扩展系统模型离散化得到扩展系统离散模型；设计扩展卡尔曼滤波器观测系统状态和扰动，基于离散扩展系统及状态、扰动观测值，设计预测控制器；预测控制器的操纵器期望状态为飞行动压的函数，选取方法为：u_des(k)＝u_des0f(Q)+u_des1[1‑f(Q)]，其中，u_des0是悬停模式操纵器期望值，u_des1是常规飞行模式操纵器期望值，f(Q)为随动压Q单调减的函数，0≤f(Q)≤1；所述常规飞行模式控制器为增益预制控制器，其特征与一般飞行控制器一致；所述飞行模式判定器，其特征在于，选取由过渡过程控制器切换为常规飞行模式控制器的判据为：(TF)2+(δN)2≤ε，ε是一个小正常数，TF为推进系统的升力风扇推力，δN为推进系统的大转角推力矢量偏转角，推进系统状态满足以上判据时飞行模式判定器生效，将由过渡过程控制器切换为常规飞行模式控制器。