固定翼姿态控制结构

固定翼姿态控制结构

固定翼姿态控制结构_第1张图片

姿态控制使用内外环控制,外环作用于预设姿态和估计姿态的角度差,通过P控制器产生理想角速度。内环作用于理想角速度和估计角速度的差,通过PI控制器产生期望角加速度

然后,利用所需的角加速度和系统的经验知识,通过混控计算控制效应器(副翼、升降舵、方向舵等)的角位置。此外,由于控制器在高速时效率更高,在低速时效率更低,因此控制器需要使用空速进行缩放。

前馈控制,用于补偿空气动力阻尼。事实上,飞机机身轴力矩的两个主要组成部分是由控制面(副翼、升降舵、方向舵,-产生运动)和空气动力阻尼(力矩与机身速度成比例-阻碍运动)产生的。为了保持恒定的速率,可以在速率环路中使用前馈来补偿空气动力阻尼。

翻滚和俯仰控制器有相同的结构,并且纵向和横向在动力学上可以被假定为不耦合,可以独立工作。为了最小化飞机滑行时产生的横向加速度,偏航控制器使用转弯协调约束生成其偏航速率设定值,这样有助于抵消不利的横摆效应,并通过提供额外的阻尼来抑制荷兰滚模式。

空速缩放

真空速:飞行器相对于空气的运动速度(考虑空气密度影响的飞行器的速度),简称空速

指示空速:规划到标准空气速度的真空速(忽略空气密度影响的飞行器的速度),简称表速

 

气动翻滚力矩:

S:机翼参考面积 b:机翼展长 ρ:空气密度  VT:真空速

Clβ:横滚静稳定性导数,由侧滑角引起的力矩

Clp:滚转阻尼导数,由滚转角速引起的力矩,p表示机体滚转角速度

Clδa:滚转操纵导数,由副翼偏转角引起的力矩,δa表示副翼偏转角

公式参考吴森堂飞行控制系统P43

在做协调飞行(侧角β=0),进一步化简为

当滚转角速度p=0时

       

其中,第一部分是常数,第二部分与空气密度和真空速有关

可以发现δa与空速的平方成反比,与缩放器的平方成正比。

并且在低空飞行时,真空速VT和指示空速相近,利用误差密度函数可以用指示空速替代真空速

 

前馈控制:

由于前馈控制是为了补偿空气动力力矩,所以

δa与空速成反比,与缩放器成正比

 

 

 

 

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