[发明专利]一种基于前馈和反馈复合控制的航母舰载机着舰的舰艉流抑制方法

摘要

本发明公开一种基于前馈和反馈复合控制的航母舰载机着舰的舰艉流抑制方法，将舰艉流作为飞行控制系统的干扰量，根据测得的甲板风信息和舰艉流模型及飞机的迎角、侧滑角变化，设计了雄鸡艉流的前馈控制方法、纵向舰艉流的前馈控制方法及侧向舰艉流的前馈控制方法分别对雄鸡艉流、纵向舰艉流和侧向舰艉流进行抑制；再结合反馈控制的方法对舰艉流进行进一步抑制，根据舰艉流对着舰轨迹的影响分别设计纵向航迹反馈回路和横向航迹反馈回路，纵向航迹反馈回路以飞行高度和下沉率作为反馈量，横向航迹反馈回路以飞机横向偏移和横向移动速率作为反馈量，且在反馈控制系统中加入保持迎角恒定的动力补偿系统，使飞机在着舰过程中始终保持设定的迎角。本发明有利于提高舰载机着舰的成功率。

主权项

1.一种基于前馈和反馈复合控制的航母舰载机着舰的舰艉流抑制方法，其特征在于：将舰艉流作为飞行控制系统的干扰量，根据测得的甲板风信息和舰艉流模型及飞机的迎角、侧滑角变化，设计了雄鸡艉流的前馈控制方法、纵向舰艉流的前馈控制方法及侧向舰艉流的前馈控制方法分别对雄鸡艉流、纵向舰艉流和侧向舰艉流进行抑制；再结合反馈控制的方法对舰艉流进行进一步抑制，根据舰艉流对着舰轨迹的影响分别设计纵向航迹反馈回路和横向航迹反馈回路，纵向航迹反馈回路以飞行高度和下沉率作为反馈量，横向航迹反馈回路以飞机横向偏移和横向移动速率作为反馈量，且在反馈控制系统中加入保持迎角恒定的动力补偿系统，使飞机在着舰过程中始终保持设定的迎角；所述雄鸡艉流的前馈抑制方法为：所述雄鸡艉流是舰艉流各分量中对着舰高度偏差影响最大的部分，首先设计雄鸡艉流的前馈控制函数对雄鸡艉流进行抑制，大部分雄鸡艉流信息通过甲板风测量及舰艉流模型获得，根据扰动补偿原理，前馈函数G_b(s)满足如下关系式：G_b(s)G_v(s)G₀(s)+G_f(s)＝0                          (1)式(1)中G_f(s)为干扰对飞机高度偏差影响的传递函数，G_v(s)G₀(s)为飞机模型传递函数；所述纵向舰艉流的前馈抑制方法为：所述的纵向舰艉流存在随机性分量，无法直接进行计算或测量，纵向舰艉流主要通过改变飞机的迎角和动压，使飞机所受的力和力矩发生变化，造成高度偏差，其中迎角的改变是造成飞机纵向受力及力矩变化的主要原因；基于此将迎角偏差量Δα通过比例系数K₁、K₂分别生成指令作用到升降舵和襟翼上，实现前馈控制；为了使控制产生直接力的效果，其中比例系数K₁、K₂应满足式(2)，即使得两舵面位置变化仅产生合力的变化而不产生合力矩的变化，在式(2)的基础上，调节K₁、K₂，以得到所需要的抑制结果；式(2)中，K₁、K₂为比例系数，分别为升降舵俯仰力矩导数、襟翼俯仰力矩导数，分别为升降舵升力导数、襟翼升力导数；所述的侧向舰艉流的前馈抑制方法为：所述的侧向舰艉流主要通过改变飞机的侧滑角和动压，使飞机所受的力和力矩发生变化，造成侧向位置偏差，其中侧滑角的改变是造成飞机侧向受力及力矩变化的主要原因；基于此将侧滑角偏差量Δβ通过比例系数K₃、K₄分别生成指令作用到副翼和方向舵上，实现前馈控制；为了使控制产生直接力的效果，其中比例系数K₃、K₄应满足式(3)，即使得两舵面位置变化仅产生合力的变化而不产生合力矩的变化，在式(3)的基础上，调节K₃、K₄，以得到所需要的抑制结果；式(3)中，K₃、K₄为比例系数，分别为副翼偏航力矩导数、方向舵偏航力矩导数，分别为副翼侧力导数、方向舵侧力导数；所述的结合反馈控制的舰艉流抑制方法为：所述的反馈控制是基于非线性动态逆原理的方法进行设计的，将轨迹回路分成纵向和横向两个通道，其中纵向通道用飞行高度和下沉率作为反馈量，并令飞行高度和下沉率分别通过形如的传递函数，生成俯仰角θ的指令；横向通道用飞机横向偏移和横向移动速率作为反馈量，并令飞机横向偏移和横向移动速率分别通过形如的传递函数生成偏航角ψ的指令。