一種自動飛行控制系統參數調節與集成方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及航空領域的參數調節與集成技術，具體涉及一種自動飛行控制系統參 數調節與集成方法。
【背景技術】
[0002] 飛機飛行狀態是非線性實時變化的，在飛行包線內的各個特定飛行狀態下，可以 將飛機近似為線性化的模型，找到各個特定飛行狀態下的最優控制律參數能使飛機處于最 好的控制狀態。然而由于飛行包線內各個狀態點眾多，因此調參工作是一項非常繁瑣復雜 的工作。目前，沒有一套系統完整的方法對整個飛行包線內的自動飛行控制律參數進行調 節與集成。
【發明內容】
[0003] 為解決上述問題，本發明提供了一種自動飛行控制律參數調節與集成的方法，采 用遺傳算法對各個模態的控制律參數進行自動調節，并且充分考慮了國軍標對控制性能的 要求，將其融合到調節目標中；避免了人工選定參數的繁雜與困難，有利于對整個包線內的 所有狀態點進行參數搜索，所得到的參數調節結果能很好地滿足國軍標對飛行控制系統各 個模態的控制性能要求。
[0004] 為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：
[0005] -種自動飛行控制系統參數調節與集成方法，包括以下步驟：
[0006] S1、根據具體的自動飛行控制系統模態，確定該模態對應的國軍標要求，并將這些 需要達到的性能指標作為優化控制律參數時的目標函數；
[0007] S2、通過Matlab軟件將目標函數與控制律參數的變化關系對應起來，建立控制律 參數與目標函數的關系從而找到控制性能最優時的參數值；
[0008] S3、由于自動飛行控制系統各個模態對于控制性能指標的要求通常都不止一個， 因此需要將特定模態下的所有目標函數進行綜合，找到一個性能指標均衡最優的方案。加 權法可用來綜合目標函數。加權系數法的主要思想為：根據各個待優化目標函數的重要程 度，賦予各個目標函數加權系數并綜合求和，得到總效用目標函數：
[0009] f=入J1 (X) + 入 2f2 ⑴ + 入 3f3 (X)
[0010] 其中，X為包含所有待調參數的個體向量；X1,A2,A3為加權系數；fi(X)，f2 (X)， f3 (X)是性能指標函數，如調節時間、超調、穩定裕度等。
[0011] S4、將步驟S3建立的總效用目標函數設置為遺傳算法中的適應度函數，所要搜索 的控制律參數設置為算法的尋優個體，利用遺傳算法計算各個模態下總效用目標函數最優 時的控制律參數值；
[0012] S5、將包線內所有狀態點所得到的控制律參數值與動壓的變化關系對應起來，通 過多項式擬合的方法建立參數值與動壓的函數，得到整個包線范圍內的控制律參數值。
[0013] 本發明具有以下有益效果：
[0014] 可以快速地自動搜索控制律參數，能夠很好地滿足國軍標對各個模態的具體的控 制性能要求，根據所有參數集成所得到的擬合曲線，能快速確定包線內所有狀態點的控制 律參數。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明實施例中參數調節后的控制系統性能圖；
[0016] 圖中，（a)俯仰角變化圖；(b)俯仰角速率變化圖。
[0017] 圖2為本發明實施例中控制律參數集成曲線圖。
[0018] 圖3為本發明實施例中俯仰控制模態仿真模型。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步 詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發 明。
[0020] 如圖1所示，本發明實施例提供了一種自動飛行控制系統參數調節與集成方法， 包括以下步驟：
[0021] S1、根據具體的自動飛行控制系統模態，確定該模態所對應的國軍標要求，例如對 于調整時間和穩態精度的要求等，將這些需要達到的性能指標作為優化控制律參數時的目 標函數。
[0022] S2、通過結合Matlab軟件功能，將目標函數與控制律參數的變化關系對應起來， 即給定控制律參數能計算出其相應的目標函數值，如圖2所示：
[0023] 由圖2可知，存在某個特定的控制律參數使得目標函數能達到最優，由于目標函 數代表的系統的控制性能，因此建立控制律參數與目標函數的關系有利于找到控制性能最 優時的參數值。
[0024] S3、由于自動飛行控制系統各個模態對于控制性能指標的要求通常都不止一個， 因此需要將特定模態下的所有目標函數進行綜合，找到一個性能指標均衡最優的方案。加 權法可用來綜合目標函數。加權系數法的主要思想為：根據各個待優化目標函數的重要程 度，賦予各個目標函數加權系數并綜合求和，得到總效用目標函數。所得到的總目標優化函 數的表達式的具體形式如下所示：f=AJi(X) +A2f2 (X) +A3f3 (X)
[0025] 其中，X為包含所有待調參數的個體向量；Ai，入2，入3為加權系數；fi(X)，f2⑴， f3 (X)是性能指標函數，如調節時間、超調、穩定裕度等。
[0026] S4、將步驟S3建立的總效用目標函數設置為遺傳算法中的適應度函數，所要搜索 的控制律參數設置為算法的尋優個體，利用遺傳算法可得到各個模態下總效用目標函數最 優時的控制律參數值。
[0027]S5、將包線內所有狀態點所得到的控制律參數值與動壓的變化關系對應起來，通 過多項式擬合的方法建立參數值與動壓的函數，從而可以得到整個包線范圍內的控制律參 數值。
[0028] S6、重復上述調整各個模態。
[0029] 實施例
[0030] 以俯仰控制模態的控制律參數調節與集成為例闡述具體的實施方式。
[0031] 通過Matlab程序語言命令"sim"運行圖3所示的仿真模型，當控制律參數Kpl、 Kq取定值的時候，就可以得到該控制律參數下的俯仰角響應曲線。根據響應曲線可以計算 出相應的性能指標，找到了控制律參數與性能指標的對應關系。將性能指標設置為目標優 化函數，并且建立如下的總效用目標優化函數：
[0033] 其中，M是一個很大的常數值，ts為調整時間，Pni為控制系統的相角裕度，〇為超 調量。所有的性能指標均為俯仰響應的性能指標。將函數f(KpK1,Kd)設置為遺傳算法的 適應度函數，控制律參數KP，K1，Kd與算法個體空間對應起來，運行遺傳算法就可以找到最優 控制律參數值。調整完所有的控制律參數后，將各個狀態的控制律參數與動壓的關系用多 項式擬合方法得到近似函數曲線。并實現了控制律參數的集成。其他模態的控制律參數調 節集成相似。
[0034] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種自動飛行控制系統參數調節與集成方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 根據具體的自動飛行控制系統模態，確定該模態對應的國軍標要求，并將這些需要 達到的性能指標作為優化控制律參數時的目標函數； 52、 通過Matlab軟件將目標函數與控制律參數的變化關系對應起來，建立控制律參數 與目標函數的關系從而找到控制性能最優時的參數值； 53、 根據各個待優化目標函數的重要程度，賦予各個目標函數加權系數并綜合求和，得 到總效用目標函數： f=A (X) +A2f2 (X) +A3f3 (X) 其中，X為包含所有待調參數的個體向量；A1,A2,A3為加權系數；(X)，f2 (X)，f3 (X) 是性能指標函數； 54、 將步驟S3建立的總效用目標函數設置為遺傳算法中的適應度函數，所要搜索的控 制律參數設置為算法的尋優個體，利用遺傳算法計算各個模態下總效用目標函數最優時的 控制律參數值； 55、 將包線內所有狀態點所得到的控制律參數值與動壓的變化關系對應起來，通過多 項式擬合的方法建立參數值與動壓的函數，得到整個包線范圍內的控制律參數值。
【專利摘要】本發明公開了一種自動飛行控制系統參數調節與集成方法，包括以下步驟：確定該模態對應的國軍標要求，并將這些需要達到的性能指標作為優化控制律參數時的目標函數；建立控制律參數與目標函數的關系從而找到控制性能最優時的參數值；賦予各個目標函數加權系數并綜合求和，得到總效用目標函數；將所得總效用目標函數設置為遺傳算法中的適應度函數，所要搜索的控制律參數設置為算法的尋優個體，利用遺傳算法計算各個模態下總效用目標函數最優時的控制律參數值；建立參數值與動壓的函數，得到整個包線范圍內的控制律參數值。本發明可以快速地自動搜索控制律參數，滿足國軍標對各個模態的具體的控制性能要求，能快速確定包線內所有狀態點的控制律參數。
【IPC分類】G05B17/02
【公開號】CN105223833
【申請號】CN201510572389
【發明人】董新民, 劉棕成, 李洪波, 薛建平, 李瑾
【申請人】中國人民解放軍空軍工程大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月4日