一种大型固定翼飞机滚转角保持的自动飞行控制方法

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，具体涉及一种大型固定翼飞机滚转角保持的自动飞行控制方法。

背景技术

按照飞机航迹和姿态所属轴向的不同，一般将自动飞行控制系统模态分为纵向模态和横侧向模态。横侧向模态使用副翼(扰流板)、方向舵控制飞机方向和水平航迹。飞机水平航迹和航向的控制可以通过倾斜姿态的改变来实现，因此滚转通道的控制可以姿态角为基本回路，各个模态均按照控制要求生成倾斜姿态角指令，进行滚转通道的控制。方向舵通道主要完成对滚转轴操纵时的协调控制。

滚转角保持自动控制技术可实现控制飞机跟踪滚转基准值，使飞机保持一定的滚转角进行飞行，国内外现有技术中，滚转通道的控制技术在滚转角的调解过程中超调较大、收敛较慢的问题，对于大型固定翼飞机的飞行品质、乘坐舒适性会产生不利影响。需要改善滚转通道的控制效果，减小滚转角控制过程中的超调及调节时间，提升大型固定翼飞机的飞行品质及乘坐舒适性，同时满足民机自动飞行适航要求中关于滚转角控制的要求，符合国际民航CCAR25部及AC 25.1329关于自动飞行控制中关于飞机滚转角控制的要求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提供的一种大型固定翼飞机滚转角保持的自动飞行控制方法，包括以下步骤：

S1、接收滚转角指令及滚转角现时值，作为飞机滚转角保持的主控信号，同时接收滚转角速率作为反馈信号；

S2、对接收到的滚转角指令信号进行限幅处理，并计算滚转角指令值和现时滚转角偏差ΔRoll；

S3、通过滚转角偏差限幅调节器，对实时滚转角偏差进行绝对值、积分处理、幅值限制等环节，得到滚转角限幅调节指数Int_ΔRoll；

S4、经过比例环节和滚转角速度指令保护环节控制器，计算滚转角速率指令初值AP_RollRate；

S5、将滚转角速率的反馈信号作为负反馈，与滚转角速率指令初值AP_RollRate差值计算，进行限幅保护环节设置，形成滚转角速率指令值AP_RollRate_cmd；

S6、将滚转角速率指令值代入等效拟配的低阶系统传递函数，形成滚转角速率指令发送至电传飞行控制系统。

优选地，所述步骤S2的限幅处理为，当滚转角指令超过限制值后，保持上限或下限值不变，直至出现幅值内的下次指令值。

优选地，所述步骤S2的滚转角偏差ΔRoll计算方法为：

/>

其中，ΔRoll为飞机现时滚转角与滚转角指令值的偏离；

优选地，所述步骤S3的滚转角限幅调节指数Int_ΔRoll计算方法为：

其中，Int_ΔRoll为滚转角偏差限幅调节指数，delta_Roll_u为滚转角偏差上限值，delta_Roll_p为滚转角偏差下限值，

优选地，所述步骤S4的滚转角速率指令初值AP_RollRate计算方法为：

AP_RollRate＝k

其中，AP_RollRate为飞机滚转角速率指令初值；k

优选地，所述步骤S5的滚转角速率指令值AP_RollRate_cmd计算方法为：

其中，

优选地，所述步骤S6的低阶系统传递函数表示为：

其中T

优选地，所述滚转模态时间常数T

本发明的有益效果为：

本发明与传统的横侧向基本模态控制相比，在均衡调节时间和提升控制精度的同时，使用滚转角速率陀螺发送的滚转角速率作为反馈信号，辅助负反馈，增加滚转阻尼，优化飞机倾斜姿态的控制性能，提升了在反馈控制环节中被控参数的稳定性，为大型固定翼飞机横侧向自动控制精度提升提供了优化基础。

附图说明

图1为本发明总体控制流程图。

图2为本发明滚转角自动控制器原理示意图。

图3为滚转角偏差示意图。

图4为实施例1滚转角偏差限幅调节器调节示意图。

图5为实施例1滚转角指令值及实际飞行中飞机现时滚转角控制效果图。

图6为实施例2滚转角偏差示意图。

图7为实施例2滚转角偏差限幅调节器调节示意图。

图8为实施例2滚转角指令值及实际飞行中飞机现时滚转角控制效果图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例1、2对本发明作进一步的描述，显然，所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所做出的任何显而易见的改进、替换或变型，都属于本发明保护的范围。

参见图1，滚转角指令由机上飞行管理系统发送，所述滚转角现时值由垂直陀螺发送，所述滚转角速率由独立滚转角速率陀螺发送，滚转角自动控制器实现滚转角指令控制和输出，滚转角速率指令发送至电传飞行控制系统控制副翼偏转实现飞机在水平方向的滚转角度控制，包括以下步骤：

S1、接收滚转角指令及滚转角现时值，作为飞机滚转角保持的主控信号，同时接收滚转角速率作为反馈信号；

S2、对接收到的滚转角指令信号进行限幅处理，当滚转角指令超过限制值后，保持上限或下限值不变，直至出现幅值内的下次指令值；计算滚转角指令值和现时滚转角偏差ΔRoll；

S3、通过滚转角偏差限幅调节器，对实时滚转角偏差进行绝对值、积分处理、幅值限制等环节，得到滚转角限幅调节指数Int_ΔRoll；

S4、经过比例环节和滚转角速度指令保护环节控制器，计算滚转角速率指令初值AP_RollRate；

S5、将滚转角速率的反馈信号作为负反馈，与滚转角速率指令初值AP_RollRate差值计算，进行限幅保护环节设置，形成滚转角速率指令值AP_RollRate_cmd；

S6、将滚转角速率指令值代入等效拟配的低阶系统传递函数，形成滚转角速率指令发送至电传飞行控制系统。

参见图2，步骤S2的滚转角偏差ΔRoll计算方法为：

其中，ΔRoll为飞机现时滚转角与滚转角指令值的偏离；

参见图2，步骤S3的滚转角限幅调节指数Int_ΔRoll计算方法为：

其中，Int_ΔRoll为滚转角偏差限幅调节指数，delta_Roll_u为滚转角偏差上限值，delta_Roll_p为滚转角偏差下限值，

参见图2，步骤S4的滚转角速率指令初值AP_RollRate计算方法为：

AP_RollRate＝k

其中，AP_RollRate为飞机滚转角速率指令初值；k

参见图2，步骤S5的滚转角速率指令值AP_RollRate_cmd计算方法为：

其中，

实施例1：

参见图3和图4，某型固定翼飞机的横测向控制，其实际数据为：飞机重量200000kg，副翼初始偏度为0°，初始滚转角为0°，初始滚转角速率为0rad·s

给定飞机滚转角指令值为15°，根据本实例中的飞机飞行特点，本例中可取：Rollcmd_deg_d＝-25，Rollcmd_deg_u＝25。经限幅处理，将滚转角指令给入滚转角控制环节。

计算滚转角指令值和现时滚转角偏差进行计算，经过控制环节作用，最终调节滚转角偏差ΔRoll趋近于0°。

对滚转角偏差进行限幅调节处理。根据本实例中的飞机特点，滚转角偏差限幅调节器中的滚转角偏差上限值和滚转角偏差下限值分别为delta_Roll_u＝10，delta_Roll_p＝-10。在本限幅调节中，k

参阅图5，滚转模态时间常数T

实施例2：

参见图6、图7和图8，飞机重量200000kg，副翼初始偏度为0°，初始滚转角为0°，初始高度40000ft，初始马赫数0.7，滚转角最大偏转为25°。

给定飞机滚转角26°，经过滚转角启动模块的边界控制处理后，进入滚转角偏差进行比例环节及滚转角偏差限幅调节器，

滚转模态时间常数T