專利名稱：靜不穩(wěn)定飛行器等價(jià)穩(wěn)定裕度的飛行試驗(yàn)魯棒確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行品質(zhì)飛行試驗(yàn)確定方法，特別涉及靜不穩(wěn)定飛行器等價(jià)穩(wěn)定 裕度的飛行試驗(yàn)魯棒確定方法。
背景技術(shù)：
穩(wěn)定裕度是評(píng)價(jià)一個(gè)飛行控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，表明系統(tǒng)穩(wěn)定的可靠程度。 系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度包括二個(gè)方面增益穩(wěn)定裕度和相位穩(wěn)定裕度。Siso系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度研究 較為成熟，很容易的從經(jīng)典的Bode或Nyquist圖上等方法獲得。對(duì)于飛機(jī)的穩(wěn)定裕度則 需要一系列的掃頻飛行試驗(yàn)，然后再確定穩(wěn)定裕度指標(biāo)滿足與否?，F(xiàn)在很多飛機(jī)有鴨翼，縱 向、橫航向都可以表達(dá)為兩輸入-兩輸出系統(tǒng)，不能按照SISO系統(tǒng)的思路確定穩(wěn)定裕度，而 軍標(biāo)要求對(duì)于高性能飛機(jī)必須給出系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，因此，通常采用如下方法①將SISO系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度方法推廣到MIMO系統(tǒng)該方法按照經(jīng)典頻域法將系統(tǒng) 中的每個(gè)通道逐一斷開(kāi)，求出對(duì)應(yīng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，由其Bode圖得到該通道的幅值裕度和 相位裕度。這種方法得到的穩(wěn)定裕度是在別的通道參數(shù)不發(fā)生變化的情況下，系統(tǒng)允許該 通道的幅值或相位的變化范圍，而無(wú)法判定該通道的幅值、相位同時(shí)發(fā)生變化或別的通道 也存在擾動(dòng)的情況下，系統(tǒng)是否穩(wěn)定。②用逆Nyquist陣列法、回差矩陣法近似分析當(dāng)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)陣是對(duì)角 占優(yōu)陣時(shí)，根據(jù)對(duì)角優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)的Nyquist穩(wěn)定判據(jù)，這時(shí)可以采用SISO系統(tǒng)穩(wěn)定性近似判 斷方法，而MIMO系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度問(wèn)題就與SISO系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度等價(jià)了。對(duì)于不滿足對(duì)角 占優(yōu)勢(shì)的問(wèn)題，可以采用回差矩陣方法進(jìn)行分析。該方法能確定所有通道幅值、相位同時(shí)變 化多大，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定。③基于魯棒穩(wěn)定性H00或結(jié)構(gòu)奇異值(μ方法)方法近似分析隨著H00控制理論 采用結(jié)構(gòu)算子集Δ來(lái)表示系統(tǒng)分析模型的不確定性、描述誤差等。對(duì)于穩(wěn)定裕度計(jì)算而言， H00方法只考慮了幅值問(wèn)題，而未考慮相位問(wèn)題，具有較大的保守性。用結(jié)構(gòu)奇異值μ計(jì)算 系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，是一種保守性較少的穩(wěn)定裕度方法。上述方法存在的問(wèn)題是⑴對(duì)系統(tǒng)幅值和相位裕度的估計(jì)過(guò)于保守；⑵近似方 法不同所得到的穩(wěn)定裕度值差異很大；C3)特別是由于現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)放寬了靜穩(wěn)定性，在飛 行試驗(yàn)時(shí)，必須使飛機(jī)帶有增穩(wěn)系統(tǒng)，否則容易出現(xiàn)飛行事故；(4)飛行數(shù)據(jù)中含有各種誤 差，模型描述存在較大的不確定性；因此，通常都是通過(guò)閉環(huán)飛行試驗(yàn)并結(jié)合控制器模型的 方法近似得到飛行器的開(kāi)環(huán)特性，由此帶來(lái)了較大的建模誤差。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的飛行穩(wěn)定裕度確定方法誤差大的不足，本發(fā)明提供一種靜不穩(wěn)定 飛行器等價(jià)穩(wěn)定裕度的飛行試驗(yàn)魯棒確定方法，該方法通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)，獲得靜不穩(wěn)定 飛行器多回路系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，按照閉環(huán)傳遞函數(shù)與開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)之間 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立閉環(huán)傳遞函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定裕度之間的關(guān)系式，并將系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣進(jìn)行特征分解，根據(jù)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的條件，得到多回路穩(wěn)定裕度分析標(biāo)量方程 式，從而計(jì)算整體回路的相位裕度和幅值裕度；本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，一種靜不穩(wěn)定飛行器等價(jià)穩(wěn)定裕度的 飛行試驗(yàn)魯棒確定方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟1、通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)，獲得靜不穩(wěn)定飛行器多回路系統(tǒng)含不確定量的閉環(huán)傳遞函 數(shù)頻率特性矩陣Φ (j ) zGUcoKl+GUoOr1，為了確定系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度， 定義Yp(j ) =ΚρΘ_〃ω，并串聯(lián)接至等價(jià)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；式中，j為虛數(shù)符號(hào)，ω表示頻率， Φ (j ω)為閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，G(j ω)為開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，I為單位矩 陣，Kp為每條回路的附加的增益，τ為每條回路的附加時(shí)間滯后；2、當(dāng)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)，復(fù)變量s的實(shí)部為零，令s = j-ω為純虛數(shù)，滿足以下行列 式關(guān)系(Κρθ"τ 'ω-1) φ (j ω )+1 I = ο3、取 τ = 0，有(Kp-I) Φ (j-ω )+1 I = 0對(duì)Φ (j ω )進(jìn)行特征分解，得Φ (j-ω) = T(Jq)D(JQ)T1(JQ)則幅值裕度可以近似為計(jì)算行列式det [ (Kp-I) D (jo) +1]的模值I det [(Kp-I) D (j ω )+1] I 彡 δ，或者+-1)M<( ]}22
/=1時(shí)得到的最小ω值和回路幅值裕度Kp值，最小的Kp為整體系統(tǒng)的幅值裕度，δ >0為不確定性影響的估計(jì)值，ddj ω)為矩陣D (j ω)的第i行第i列元素；式中，det為行列式符號(hào)，T(j ω)為線性變換矩陣，D (j ω )為約當(dāng)陣；
4、相位裕度轉(zhuǎn)化為計(jì)算行列式det [I+(e-Tj"-l) D (j ω)]的模值det[I+(e^J"-l)D(jo)]彡 λ或者fllG+ Mf ““-1K( ]}2 +Im{[(e~^-1Κ(7 )]}2|< ；L2
/=1時(shí)得到的最小ω值和最小的τ，此時(shí)的ω τ為整體系統(tǒng)的相位裕度，λ > 0為 不確定性影響的估計(jì)值。本發(fā)明的有益效果是由于通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)，獲得靜不穩(wěn)定飛行器多回路系統(tǒng) 的閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，按照閉環(huán)傳遞函數(shù)與開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立 閉環(huán)傳遞函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定裕度之間的關(guān)系式，并將系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣進(jìn)行特 征分解，根據(jù)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的條件，得到多回路穩(wěn)定裕度分析標(biāo)量方程式，從而計(jì)算整體回 路的相位裕度和幅值裕度，大大簡(jiǎn)化了問(wèn)題難度。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
附圖是本發(fā)明靜不穩(wěn)定飛行器等價(jià)穩(wěn)定裕度的飛行試驗(yàn)魯棒確定方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。1、通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)，獲得靜不穩(wěn)定飛行器多回路系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性 矩陣 Φ(」ω) = G(jco) [I+GUco)]—1。式中，j是虛數(shù)符號(hào)，ω表示頻率，Φ(」ω)是閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，G (j ω ) 是開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，I是單位矩陣。2、為了確定系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度，定義Yp(j ) = Kpe_〃"，并串聯(lián)接至等 價(jià)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；式中，Kp為每條回路的附加的增益，τ為每條回路的附加時(shí)間滯后；3、當(dāng)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)，復(fù)變量s的實(shí)部為零，令s = 為純虛數(shù)，滿足以下行列 式關(guān)系
權(quán)利要求
1. 一種靜不穩(wěn)定飛行器等價(jià)穩(wěn)定裕度的飛行試驗(yàn)魯棒確定方法，其特征在于包括下述 步驟(a)通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)，獲得靜不穩(wěn)定飛行器多回路系統(tǒng)含不確定量的閉環(huán)傳遞函數(shù) 頻率特性矩陣Φ (j ) zGUcoKl+GUoOr1，為了確定系統(tǒng)的相位裕度和幅值裕度，定 義Yp(j ) =Kpe_”'“，并串聯(lián)接至等價(jià)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；式中，j為虛數(shù)符號(hào)，ω表示頻率，Φ (j )為閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，G(jco)為 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，I為單位矩陣，Kp為每條回路的附加的增益，τ為每條回路的 附加時(shí)間滯后；(b)當(dāng)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)，復(fù)變量s的實(shí)部為零，令S= 為純虛數(shù)，滿足以下行列式關(guān)系(Κρθ-”ω-1)Φ(]·ω)+ | =0(c)取τ = 0，有 (Kp-I) Φ (j ω)+I| = 0對(duì)Φ (j ω)進(jìn)行特征分解，得 Φ (j ) = T(Jq)D(Jq)T1(Jq)則幅值裕度可以近似為計(jì)算行列式det[(Kp-l)D(j )+I]的模值det[(Kp-l)D(j )+I] I 彡 δ，或者
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種靜不穩(wěn)定飛行器等價(jià)穩(wěn)定裕度的飛行試驗(yàn)魯棒確定方法，用于解決現(xiàn)有的飛行穩(wěn)定裕度確定方法誤差大的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是通過(guò)掃頻飛行試驗(yàn)，獲得靜不穩(wěn)定飛行器多回路系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣，按照閉環(huán)傳遞函數(shù)與開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立閉環(huán)傳遞函數(shù)與系統(tǒng)穩(wěn)定裕度之間的關(guān)系式，并將系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)頻率特性矩陣進(jìn)行特征分解，根據(jù)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的條件，得到多回路穩(wěn)定裕度分析標(biāo)量方程式，從而計(jì)算整體回路的相位裕度和幅值裕度，大大簡(jiǎn)化了問(wèn)題難度。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102081355SQ201110030258
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者史忠科 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)