一種橫側(cè)向?qū)б稍O(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種橫側(cè)向?qū)б稍O(shè)計(jì)方法，屬于飛機(jī)全自動(dòng)著陸控制律設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明針對飛機(jī)機(jī)全自動(dòng)著陸過程，屬于飛機(jī)全自動(dòng)著陸特有環(huán)節(jié)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)平臺及飛機(jī)運(yùn)動(dòng)及姿態(tài)狀態(tài)解算出控制指令，為飛行控制系統(tǒng)提供指令信號，是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本發(fā)明運(yùn)用飛機(jī)側(cè)向偏移信息，通過指定算法進(jìn)行解算，為飛機(jī)提供滾轉(zhuǎn)角指令信號，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)著陸過程中的側(cè)向控制。與傳統(tǒng)PID控制其相比，為提高系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性，引入雙微分信號形成PIDDD控制器。其主要優(yōu)點(diǎn)在于：能夠快速有效的將測量信息轉(zhuǎn)換為飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)所需的指令信號；完成飛機(jī)精確著陸的引導(dǎo)；實(shí)現(xiàn)閉環(huán)協(xié)同控制。
【專利說明】一種橫側(cè)向?qū)б稍O(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種橫側(cè)向?qū)б稍O(shè)計(jì)方法，屬于控制律設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)在降落到運(yùn)動(dòng)平臺的過程中會(huì)受到復(fù)雜的外界擾動(dòng)，包括尾流、突風(fēng)和平臺的運(yùn)動(dòng)等，其著陸環(huán)境遠(yuǎn)比陸基飛機(jī)惡劣。擾動(dòng)的存在會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)在著陸過程中極易偏離預(yù)定的下滑道，降低其著陸精度，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致著陸的失敗。引導(dǎo)控制律是保證飛機(jī)在尾流、突風(fēng)以及惡劣海況導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)平臺劇烈運(yùn)動(dòng)下能夠快速而精確地跟蹤預(yù)定下滑道，并實(shí)現(xiàn)安全著陸的關(guān)鍵與核心。
[0003]導(dǎo)引律算法裝訂在著陸導(dǎo)引計(jì)算機(jī)中，由縱向、側(cè)向兩個(gè)通道構(gòu)成?；诶走_(dá)的閉環(huán)系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)平臺上設(shè)備有精密跟蹤雷達(dá)，穩(wěn)定平臺(含加速度)，著陸導(dǎo)引控制計(jì)算機(jī)，顯示設(shè)備，數(shù)據(jù)鏈編碼/發(fā)射機(jī)，數(shù)據(jù)鏈監(jiān)控器，飛行軌跡記錄儀等。機(jī)上部分有數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)，接收譯碼器，自動(dòng)駕駛儀耦合器，自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)(AFCS)，進(jìn)場動(dòng)力補(bǔ)償(APC)，直接力控制系統(tǒng)，雷達(dá)增強(qiáng)器等。
[0004]對導(dǎo)引律而言，精密跟蹤雷達(dá)以及數(shù)據(jù)鏈編碼/發(fā)射機(jī)，數(shù)據(jù)鏈接收機(jī)，接收譯碼器是確保導(dǎo)引律能夠正常運(yùn)作的必要條件。
[0005]在側(cè)向通道，將測得的飛機(jī)橫向位置與運(yùn)動(dòng)平臺中心線位置進(jìn)行比較，形成橫向偏差信號。根據(jù)軌跡導(dǎo)引動(dòng)特性要求以及抗甲板運(yùn)動(dòng)，抗雷達(dá)電子噪聲等因素，對該誤差信號進(jìn)行導(dǎo)引律設(shè)計(jì)，形成側(cè)向控制指令信號，然后通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送至飛機(jī)，機(jī)上數(shù)據(jù)接收裝置接收指令信號傳輸給飛行控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本方法的目的:
[0007]橫側(cè)向引導(dǎo)控制律主要用于將雷達(dá)測得的飛機(jī)側(cè)向偏差信息轉(zhuǎn)化為控制指令，通過數(shù)據(jù)鏈傳給進(jìn)行著陸的飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀外環(huán)，引導(dǎo)飛機(jī)完成著陸，這部分工作主要由計(jì)算機(jī)完成。為了獲得更好的響應(yīng)速度和控制精度，采用PIDDD控制器進(jìn)行控制，本導(dǎo)引律設(shè)計(jì)方法輸出滾轉(zhuǎn)角指令，作為側(cè)向自動(dòng)駕駛儀的主要控制指令。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0009]一種橫側(cè)向?qū)б稍O(shè)計(jì)方法，將雷達(dá)測得的飛機(jī)側(cè)向誤差信息轉(zhuǎn)化為控制指令Φ。，通過數(shù)據(jù)鏈傳給進(jìn)行著陸的飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀外環(huán)，引導(dǎo)飛機(jī)完成著陸側(cè)向修正。著陸末期階段導(dǎo)引律將疊加甲板運(yùn)動(dòng)預(yù)估與補(bǔ)償信號、尾流抑制信號，保證著陸精度。
[0010]橫航向引導(dǎo)控制律模型如圖1中虛線框所示，其特征在于，包括以下步驟:
[0011]第一，經(jīng)過雷達(dá)測得的飛機(jī)側(cè)向位置與理想下滑道側(cè)向位置做差形成的側(cè)向偏差信號與甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所得的側(cè)偏信號相結(jié)合，形成側(cè)向航跡偏差yCT ；
[0012]第二，對偏差信號進(jìn)行濾波，濾波器是為了抑制雷達(dá)測量信息中的電子噪聲，提高測量精度。其中，α濾波器用于濾除側(cè)偏誤差信號中的噪聲，β濾波器用于預(yù)估iV的信息，并經(jīng)α濾波器再次濾波；
[0013]第三，yer, I信號經(jīng)過PID控制器，根據(jù)飛行品質(zhì)對時(shí)域、頻域的要求，對K1, Kp, Kd, Kdd進(jìn)行調(diào)整，得到初步垂直速率指令信號，經(jīng)過α 3濾波器對整個(gè)引導(dǎo)信息進(jìn)行軟化，從而輸出品質(zhì)良好的Φμ指令信號。
[0014]第四，橫航向引導(dǎo)控制律輸出的Φ。。并不直接作為外環(huán)系統(tǒng)的輸入信號，而是先與橫航向甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器輸出的滾轉(zhuǎn)角補(bǔ)償指令△ Φ。進(jìn)行綜合得到Φ。，再把Φ。輸入外環(huán)系統(tǒng)。
[0015]綜上可知，橫側(cè)向指令信號Φ。基本公式為:
[0016]φ€; KpVer + KjVer ?H + KijVerS + KmVer + Κφ￡
[0017]其中，Φ。為滾轉(zhuǎn)指令信號；為側(cè)向偏差信號(飛機(jī)位置與理想下滑道的側(cè)向差以及甲板運(yùn)動(dòng)引起的理想著陸點(diǎn)的側(cè)向變化量之和)為側(cè)向偏差的雙微分；s為微分器；l/s為積分器；κρ為比例參數(shù)^為積分增益值；KD為微分增益值；KDD為雙微分增益值。
[0018]綜上，對y?，信號進(jìn)行PID控制，實(shí)際上得到的時(shí)PIDDD控制，可根據(jù)實(shí)際需求通過調(diào)節(jié)K1, Kp, Kd, Kdd參數(shù)值來選擇PID控制或PIDD控制。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0020]基于運(yùn)動(dòng)平臺著陸系統(tǒng)導(dǎo)引律設(shè)計(jì)是確保閉環(huán)系統(tǒng)有效運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021]I)能夠快速有效的將測量信息轉(zhuǎn)換為飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)所需的指令信號；
[0022]2)完成飛機(jī)精確著陸的引導(dǎo)；
[0023]3)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)協(xié)同控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1: α — β濾波器在ACLS橫航向通道中的示意圖
[0025]圖2:側(cè)向?qū)б山Y(jié)構(gòu)圖
[0026]圖3:側(cè)向?qū)б煞抡婺Ｐ?br> [0027]圖4:側(cè)向?qū)б煞抡娼Y(jié)果
【具體實(shí)施方式】:
[0028]I)經(jīng)過雷達(dá)測得的飛機(jī)高度與理想下滑道做差形成的側(cè)向偏差信號與甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償側(cè)向偏差相結(jié)合，形成最終的側(cè)向偏差信號Hot ；
[0029]yer = Yer^ydmc
[0030]其中，飛機(jī)與理想下滑道側(cè)向位置偏差為yOTl =—般由測量裝置測得，無需設(shè)計(jì)工作；甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償輸出的補(bǔ)償側(cè)偏為ydm。，由側(cè)向甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器輸出得到，在此簡單認(rèn)為ydm。= 1.5sin(0.5t)。則
[0031]yer = Yeri+Ydmc = Y理想下滑道-Y 飛機(jī) +1.5sin (0.5t)
[0032]2)對偏差信號yer進(jìn)行α - β濾波，α-β濾波器是為了抑制雷達(dá)測量信息中的電子噪聲，提高測量精度。其中，α濾波器用于濾除高度誤差信號中的噪聲，β濾波器用于預(yù)估λ的信息，并經(jīng)α濾波器再次濾波。
[0033]對于一個(gè)給定系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)而言，這樣一個(gè)濾波器在位置和位置變化率方面能夠產(chǎn)生最小的穩(wěn)態(tài)噪聲誤差。反過來，可以規(guī)定一個(gè)給定的噪聲誤差，利用噪聲誤差來確定最小的位置和位置變化率的瞬態(tài)響應(yīng)。這種數(shù)字濾波器的一種模擬近似表示是:
【權(quán)利要求】
1.一種橫側(cè)向?qū)б稍O(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一，經(jīng)過雷達(dá)測得的飛機(jī)側(cè)向位置與理想下滑道側(cè)向位置做差形成的側(cè)向偏差信號與甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所得的側(cè)偏信號相結(jié)合，形成側(cè)向航跡偏差yCT ； 第二，對偏差信號進(jìn)行α-β濾波，α-β濾波器是為了抑制雷達(dá)測量信息中的電子噪聲，提高測量精度。其中，α濾波器用于濾除側(cè)偏誤差信號中的噪聲，β濾波器用于預(yù)估丸.的信息，并經(jīng)α濾波器再次濾波； 第三，yer, JU言號經(jīng)過PID控制器，根據(jù)飛行品質(zhì)對時(shí)域、頻域的要求，對K1, Kp, Kd, Kdd進(jìn)行調(diào)整，得到初步垂直速率指令信號，經(jīng)過α 3濾波器對整個(gè)引導(dǎo)信息進(jìn)行軟化，從而輸出品質(zhì)良好的Φ μ指令信號。 第四，橫航向引導(dǎo)控制律輸出的是先與橫航向甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器輸出的滾轉(zhuǎn)角補(bǔ)償指令Λ Φ。進(jìn)行綜合得到Φ。，再把Φ。輸入外環(huán)系統(tǒng)。 綜上，橫側(cè)向指令信號Φ?；竟綖?
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【文檔編號】G05B13/04GK103995465SQ201410158969
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】王志剛, 桂敬玲, 丁巖, 連莉莉 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所