CN105447276B - 直升机升降速度融合算法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机大气***领域，具体涉及一种直升机升降速度融合算法，解决的正是直升机升降速度波动和延时两者之间的问题，达到减小波动的同时降低延时特性的目的。本发明是一种带负反馈控制的二阶积分运算算法，以惯性垂直加速度作为积分运算的输入量，以大气气压高度作为负反馈控制的观测量。本发明具有现有技术的长期稳定特性，但在波动和延时特性上明显优于现有技术，有益于飞行控制，提高了飞行品质。

Description

直升机升降速度融合算法
技术领域
本发明属于直升机大气***领域，具体涉及一种直升机升降速度融合算法。
背景技术
升降速度是飞行员操纵飞机及飞控垂直方向控制的重要参量，通常由位于机身位置的静压传感器测量的气压高度经差分运算获得。直升机是通过旋翼转动形成下洗流产生推力以克服机体重力而起飞的，由于整个机身均处于旋翼下洗流的包裹内，很难找到一个不受旋翼影响的合适的静压传感器的安装位置来准确测量真实静压，虽然直升机对静压源误差进行了修正，但由于旋翼***的复杂性，修正的静压源不能完全消除下洗流的影响，静压源的干扰经差分运算锐化后直接带入到升降速度中，使得升降速度波动剧烈且延时较大，影响垂直方向的飞行控制，降低了飞行品质。
发明内容
由于受直升机旋翼下洗流的影响，静压源被严重干扰，因此由静压解算出的气压高度也会不稳定，导致现有的由气压高度差分计算得到的升降速度波动剧烈且延时较大，降低了飞行品质。本发明所要解决的正是直升机升降速度波动和延时两者之间的问题，达到减小波动的同时降低延时特性的目的。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种直升机升降速度融合算法，步骤如下：
惯性传感器测量得惯性垂直加速度，惯性垂直加速度按公式（1）进行零偏估计后得到修正加速度，然后按公式（2）进行积分运算得到含误差的升降速度，按公式（3）进行反馈误差估计得到修正升降速度，即为最终输出的升降速度，
此升降速度按公式（4）积分运算获得算法估计的高度，用于测量的气压高度观测融合算法的偏差，此偏差经过剪切器限制后用于公式（1）修正惯性垂直加速度的漂移，
………………………………………………….公式（1），
…………………………………………………………公式（2），
………………………………………………公式（3），
…………………………………………………………公式（4），
式中为惯性传感器测量得到的垂直加速度，为修正后的加速度，hP为大气传感器测量的气压高度，h为算法估计的高度，t为惯性传感器采集单周期时间，n为惯性传感器采集周期数，、为负反馈控制增益系数, 为含误差的升降速度，为最终输出的升降速度。
近年来，随着航空技术的飞速发展，大气***和惯性***的交联越来越紧密，利用各自优势，取长补短，获得优于任何一种***的精度和可靠性，已经成为一种可能，本发明正是将大气长时间稳态特性及惯导良好的高频反应特性相结合，应用大气气压高度和惯性垂直加速度融合计算升降速度。直升机升降速度融合算法是一种带负反馈控制的二阶积分运算算法，以惯性垂直加速度作为积分运算的输入量，以大气气压高度作为负反馈控制的观测量，应用Kalman滤波动态计算反馈控制增益系数以获得稳定精确的升降速度，惯性垂直加速度经积分运算可得垂直升降速度，由于惯性传感器的测量误差及时间漂移，长时间积分运算会逐渐向外发散，因此需加入大气气压高度作为观测量，进行负反馈控制。
本发现与现有技术相比具有的有益效果：融合算法与现有的气压高度差分算法及纯惯性积分算法试验效果对比见附图，直升机升降速度融合算法具有现有技术的长期稳定特性，但在波动和延时特性上明显优于现有技术，有益于飞行控制，提高了飞行品质。
附图说明
图1为本发明的原理图，
图2为本发明与现有技术实践效果对比整体图，
图3为本发明与现有技术实践效果对比细节图，
图中：1-垂直加速度，2-加速度反馈比较环节，3-积分器，4-升降速度反馈比较环节，5-积分器，6-气压高度观测比较环节，7-气压高度，8-升降速度反馈控制增益系数，9-剪切器，10-加速度反馈控制增益系数。
具体实施方式
一种直升机升降速度融合算法，步骤如下：
惯性传感器测量得惯性垂直加速度，惯性垂直加速度按公式（1）进行零偏估计后得到修正加速度，然后按公式（2）进行积分运算得到含误差的升降速度，按公式（3）进行反馈误差估计得到修正升降速度，即为最终输出的升降速度，
此升降速度按公式（4）积分运算获得算法估计的高度，用于测量的气压高度观测融合算法的偏差，此偏差经过剪切器限制后用于公式（1）修正惯性垂直加速度的漂移，
…………………………………………………公式（1），
…………………………………………………………公式（2），
………………………………………………公式（3），
…………………………………………………………公式（4），
式中为式中为惯性传感器测量得到的垂直加速度，为修正后的加速度，hP为大气传感器测量的气压高度，h为算法估计的高度，t为惯性传感器采集单周期时间，n为惯性传感器采集周期数，、为负反馈控制增益系数, 为含误差的升降速度，为最终输出的升降速度，有关参数本领域技术人员可根据现有技术据经验确定。
实施例：某型直升机应用惯性传感器测量的垂直加速度及大气传感器测量的气压高度按公式（1）到公式（4）进行融合计算得到融合升降速度见图1及图2中融合升降速度，应用现有的气压高度差分计算得到升降速度见图1及图2中的纯气压升降速度，应用惯性传感器测量的垂直加速度积分计算得到的升降速度见图1中的纯惯性升降速度。由图1可知融合升降速度幅值大小与纯气压升降速度相一致，但纯惯性升降速度随着时间的推移逐渐发散，由图2可知融合升降速度比纯气压升降速度稳定且延时小。

Claims (1)

1.一种直升机升降速度融合算法，其特征在于步骤如下：
惯性传感器测量的惯性垂直加速度，惯性垂直加速度按公式（1）进行零偏估计后得到修正加速度，然后按公式（2）进行积分运算得到含误差的升降速度，按公式（3）进行反馈误差估计得到修正升降速度，即为最终输出的升降速度，
此升降速度按公式（4）积分运算获得算法估计的高度，用于测量的气压高度观测融合算法的偏差，此偏差经过剪切器限制后用于公式（1）修正惯性垂直加速度的漂移，
…………………………………………………公式（1），
…………………………………………………………公式（2），
………………………………………………公式（3），
…………………………………………………………公式（4），
式中为惯性传感器测量得到的垂直加速度，为修正后的加速度，hP为大气传感器测量的气压高度，h为算法估计的高度，t为惯性传感器采集单周期时间，n为惯性传感器采集周期数，、为负反馈控制增益系数, 为含误差的升降速度，为最终输出的升降速度。
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