CN114428493A - 一种飞机舵偏指令抗饱和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机飞行控制***设计技术领域，涉及一种飞机舵偏指令抗饱和方法。该发明将控制律解算的舵偏总指令通过死区环节后的输出值作为抗饱和指令值引入积分器输入端，当抗饱和开关接通时通过减小积分通道产生的舵偏指令值，保证飞机舵偏总指令不超过其限制值；为避免积分器输出反向引起积分器反向饱和问题，当积分器输出减小为0时，切断抗饱和开关，同时将抗饱和指令值引入控制律前向或比例通道，确保即使积分器输出为0后，飞机舵偏总指令仍不会饱和。本发明解决了飞机舵偏总指令饱和问题，确保飞行员操纵后，飞机实际响应与飞行员的预期响应一致，减少PIO现象出现的可能性，提高了飞机飞行的安全性。

Description

一种飞机舵偏指令抗饱和方法
技术领域
本发明属于飞机飞行控制***设计技术领域，涉及一种飞机舵偏指令抗饱和方法。
背景技术
本发明属于飞机飞行控制***设计技术领域，涉及一种飞机舵偏指令抗饱和方法。该发明将控制律解算的舵偏总指令通过死区环节后的输出值作为抗饱和指令值引入积分器输入端，当抗饱和开关接通时通过减小积分通道产生的舵偏指令值，保证飞机舵偏总指令不超过其限制值；为避免积分器输出反向引起积分器反向饱和问题，当积分器输出减小为0时，切断抗饱和开关，同时将抗饱和指令值引入控制律前向或比例通道，确保即使积分器输出为0后，飞机舵偏总指令仍不会饱和。
本发明解决了飞机舵偏总指令饱和问题，确保飞行员操纵后，飞机实际响应与飞行员的预期响应一致，减少PIO现象出现的可能性，提高了飞机飞行的安全性。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种飞机舵偏指令抗饱和方法，包括：
步骤S1：构建抗饱和初始指令，构造抗饱和开关信号，构建所述预设值；构建预设值，构造积分抗饱和指令，构造积分器输入信号；
步骤S2：获取舵偏总指令；
步骤S3：将抗饱和初始指令叠加到积分器输入信号上进行积分，当所述舵偏总指令大于预设值时，所述积分为反向积分并输出指令信号；
步骤S4：当指令信号与所述抗饱和初始指令的符号相反时，利用抗饱和开关信号断开抗饱和初始指令；
2、如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，所述抗饱和初始指令的构建方法包括：获取限幅器的舵偏总指令与未限幅的舵偏总指令相减后差量，乘以增益得到得到抗饱和指令的信号初值。
3、如权利要求2所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，所述抗饱和开关信号的构造：比较积分器的输出信号抗饱和指令初值符号是否相同：若相同，则抗饱和开关置为1；若不同，则抗饱和开关置为0，积分抗饱和支路断开。
4、如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，当无线电高度小于某一高度时，断开积分器，抗饱和开关信号置为0。
5、如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，积分抗饱和指令的构造方法：将所述抗饱和开关信号与抗饱和初始指令。
6、如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，所述积分器输入信号方法包括：所述抗饱和指令叠加到原有积分器输入信号上，构造带抗饱和功能的积分器输入指令信号。
7、如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，积分后与前向指令或比例通道等合成舵偏总指令，当抗饱和开关断开时，若飞机舵偏总指令仍大于限制值时，将其差值引入前向或比例通道上，减小前向或比例通道指令值
本申请的优点包括：避免舵偏指令深度饱和或反向深度饱和，保证驾驶员操纵后飞机实际响应与其预期响应一致，确保飞机安全飞行。
附图说明
图1是本申请一优选实施方式飞机舵偏指令抗饱和方法原理框图；
图2本申请一优选实施方式飞机舵偏指令抗饱和方法流程框图；
其中：前向舵偏指令(DIR_CMD)；比例通道指令(DAMP_CMD)；积分器输入信号(INT_IN)；积分器输出信号(INT_OUT)；舵偏指令差值信号(D_ACT)；抗饱和初始指令(AWU_VALUE)；积分抗饱和指令(INT_AWU_CMD)；抗饱和指令开关信号(INT_AWU_SW)；积分抗饱和增益(K_AW)；前向/比例抗饱和增益(K_AW_P)；飞机无线电高度(H_RH)；舵偏总指令(ACT_CMD)；积分器限幅上限(INT_UP)；积分器限幅下限(INT_DN)；舵偏总指令限幅器及死区上限(ACT_UP)；舵偏总指令限幅器及死区下限(ACT_DN)。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本发明的技术方案为：将通过死区环节或限幅器前后作差的舵偏总指令差量作为抗饱和指令信号，叠加到积分器的输入信号上，当舵偏总指令超过限制值时，积分器反向积分，避免舵偏总指令深度饱和；当积分器反向积分至其输出信号符号与抗饱和指令信号的符号相反时，断开抗饱和指令，避免舵偏总指令反向深度饱和。其中：
构造舵偏抗饱和初始指令AWU_VALUE；
舵偏总指令经过一死区环节，或经过限幅器的舵偏总指令与未限幅的舵偏总指令相减后差量D_ACT，乘以增益K_AW，得到抗饱和指令初值AWU_VALUE，该支路称为积分抗饱和支路；其中，增益K_AW可为一常数或随马赫数或动静压等飞机信号改变的函数，K_AW的选取应保证舵偏总指令超限后能快速回到限制值内，同时保证足够的稳定储备；
构造抗饱和开关信号INT_AWU_SW；
比较积分器的输出信号与步骤1得到的抗饱和指令初值AWU_VALUE符号是否相同：若相同，则抗饱和开关INT_AWU_SW置为1，积分抗饱和支路接通；若不同，则抗饱和开关置为0，积分抗饱和支路断开；
当无线电高度小于某一高度(如100m)时，为了保证飞机杆舵对应，应断开积分器，因此抗饱和开关置为0，积分抗饱和支路也断开；
为避免抗饱和指令值经过0时，抗饱和开关信号频繁在0(断开)与1(接通)之间切换，可在抗饱和初始指令信号后再加一个开关，当抗饱和初始指令值与积分器输出信号反号，且抗饱和初始指令值大于一定值(如±0.5°)时，此开关信号才置为0，抗饱和支路才断开。
构造积分抗饱和指令INT_AWU_CMD；
将步骤2得到的抗饱和开关信号乘步骤1得到的抗饱和初始指令，获得积分抗饱和指令INT_AWU_CMD。
构造积分器输入信号；
将步骤3得到的积分抗饱和指令叠加到原有积分器输入信号上，构造带抗饱和功能的积分输入指令信号，积分后与前向指令或比例通道等合成舵偏总指令。原有积分器输入信号为正常控制增稳解算信号，在此不再赘述。
构造前向或比例通道抗饱和信号；
当抗饱和开关断开时，若飞机舵偏总指令仍大于限制值时，可将其差值引入前向或比例通道上，通过减小前向或比例通道指令值，保证飞机舵偏指令不会超过限制值：
将步骤2得到的抗饱和开关信号取反后，与步骤1得到的舵偏总指令差量D_ACT(经过增益K_AW_P后)相乘，即当舵偏总指令超限而积分抗饱和支路由于积分反号断开后，通过前向或比例通道实现舵偏抗饱和功能，避免飞机舵偏总指令饱和。
本发明具有的优点效果：本发明提出了一种舵偏指令抗饱和控制算法，该算法将舵偏指令差值叠加到积分器前端，当积分通道与差值信号符号一致时，接通积分通道的抗饱和功能，保证飞机舵偏总指令不饱和，同时为避免积分器和舵偏指令反向饱和，当抗饱和功能使得积分器反号时，断开积分器的抗饱和功能，同时接通前向或比例通道的抗饱和功能，通过减小前向或比例通道指令，保证舵偏总指令不超限。
与传统积分抗饱和算法相比，本算法利用积分器反向积分，不仅是积分通道的抗饱和功能，更实现了控制律解算出的舵偏总指令抗饱和功能。同时通过接通/断开抗饱和开关及将抗饱和指令有条件地引入前向/比例通道，保证舵偏指令既不会饱和，也不会反号，确保反向操纵飞机时飞机响应无延迟，且不会出现驾驶杆空行程现象，有效避免操纵预期与飞机实际响应不同的情况，提高飞机飞行的安全性。
本发明可直接沿用已有控制增稳保护算法，控制律架构无需更改；而且，本发明的应用不需要对飞机的任何***部件进行改造，可直接在飞控软件中实现，极大地减少改造成本，提高了飞机安全性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，包括：
步骤S1：构建抗饱和初始指令，构造抗饱和开关信号，构建所述预设值；构建预设值，构造积分抗饱和指令，构造积分器输入信号；
步骤S2：获取舵偏总指令；
步骤S3：将抗饱和初始指令叠加到积分器输入信号上进行积分，当所述舵偏总指令大于预设值时，所述积分为反向积分并输出指令信号；
步骤S4：当指令信号与所述抗饱和初始指令的符号相反时，利用抗饱和开关信号断开抗饱和初始指令。
2.如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，所述抗饱和初始指令的构建方法包括：获取限幅器的舵偏总指令与未限幅的舵偏总指令相减后差量，乘以增益得到得到抗饱和指令的信号初值。
3.如权利要求2所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，所述抗饱和开关信号的构造：比较积分器的输出信号抗饱和指令初值符号是否相同：若相同，则抗饱和开关置为1；若不同，则抗饱和开关置为0，积分抗饱和支路断开。
4.如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，当无线电高度小于某一高度时，断开积分器，抗饱和开关信号置为0。
5.如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，积分抗饱和指令的构造方法：将所述抗饱和开关信号与抗饱和初始指令。
6.如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，所述积分器输入信号方法包括：所述抗饱和指令叠加到原有积分器输入信号上，构造带抗饱和功能的积分器输入指令信号。
7.如权利要求1所述的飞机舵偏指令抗饱和方法，其特征在于，积分后与前向指令或比例通道等合成舵偏总指令，当抗饱和开关断开时，若飞机舵偏总指令仍大于限制值时，将其差值引入前向或比例通道上，减小前向或比例通道指令值。
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孙超姣 等: "基于权值优化的多操纵面抗饱和控制分配策略", 《***工程与电子技术》 *

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