【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無人機控制律設計與仿真領域，特別是一種無人機控制律參數的批量化評估方法。應用本專利技術可避免當前控制律參數評估過程中重復勞動多、工作效率低下、全局評估對比不方便等缺陷，提高無人機控制律參數全局評估的效率與質量。
技術介紹
1、無人機控制是無人機穩定飛行的必要條件，控制律參數設計的優劣直接關系到無人機能否按照要求穩定姿態、軌跡跟蹤。因此為保證飛行安全，通常還需要對設計出來的控制律參數進行評估。
2、本專利技術涉及無人機控制律設計與仿真領域，可應用于無人機控制律參數的評估工作。
3、現有技術中，無人機飛控系統控制律參數評估的通常做法是：在全飛行包線中選取數個工作點，進行非線性模型線性化與控制律設計，再通過階躍響應、伯德圖等方式對不同工作點的控制律參數進行評估，該方法存在以下問題：
4、問題1：對于大飛行包線固定翼無人機，需要選取很多個工作點才能完整設計出全局的控制律參數，對于這種工作點很多的控制律設計需求，需要大量的重復勞動來進行控制律參數評估，即對每一個工作點都分別進行一次參數評估，需要重復設置模型參數、導入線性狀態空間方程、導入控制參數、運行分析函數、運行繪圖函數等工作，再對多條評估圖像、數據進行手動拼接，這大大降低了控制律調參的效率；
5、問題2：因為是單個工作點分開進行評估，進而使得控制律參數評估在全局上對比不明顯，對比工作不便捷，想要比較全局空間下的控制律效果則需要手動拼接數據；
6、問題3：控制律參數評估在標稱與舵效拉偏干擾下的對比不明顯，想要比較
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于公開一種無人機控制律參數的批量化評估方法，首先建立無人機六自由度數學模型并對各工作點進行批量化配平與線性化，得到各工作點狀態空間方程并制表存儲；然后依據狀態空間方程建立控制律設計模型得到各工作點下控制律參數并制表存儲；最后建立控制律評估模型，通過評估腳本循環查表將不同工作點下的狀態空間方程與控制律參數自動導入控制律評估模型中并運行批量評估功能，實現控制律參數的階躍響應與頻域指標的批量化評估。本專利技術可實現控制律參數批量化評估，包括階躍響應以及幅值裕度、相角裕度、時延裕度、帶寬頻率等頻域指標，提高了控制律設計與調參的效率與質量。
2、實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種無人機控制律參數的批量化評估方法，包括如下步驟：
3、步驟1：建立無人機六自由度數學模型，然后選取全局典型工作點后進行批量配平、線性化、橫縱向解耦，得到各工作點狀態空間方程，并制表存儲；
4、步驟2：建立控制律設計模型；
5、步驟3：依據控制律設計模型，得到控制律參數；
6、步驟4：建立控制律參數評估模型，并導入步驟1中得到的狀態空間方程和步驟3中得到的控制律參數，并通過評估腳本進行控制律參數批量化評估。
7、進一步地，步驟1中的具體步驟如下：
8、步驟1.1：建立無人機六自由度數學模型；
9、步驟1.2：批量線性化與模態分析，得到個工作點狀態空間方程。
10、進一步地，步驟1.1中的具體步驟如下：
11、步驟1.1.1：通過simulink模塊搭建方法，分別搭建無人機的氣動模型、重量結構模型、發動機模型以及大氣模型、重力模型，建立無人機六自由度非線性數學仿真模型；
12、步驟1.1.2：舵效拉偏模塊通過在氣動力、力矩系數中舵面相關項添加拉偏系數的方式，形成匹配型控制擾動，從而模擬氣動數據、環境數據建模不準確疊加到控制通道造成的綜合不確定性。
13、進一步地，步驟1.2中的具體步驟如下：
14、步驟1.2.1：選取飛行包線中的典型工作點，形成工作點向量，并設置拉偏系數；
15、步驟1.2.2：根據工作點向量長度確定循環長度，循環中通過matlab線性化與配平方法，在各工作點上對無人機六自由度模型進行配平線性化，并解耦為縱向與橫向兩個通道，得到狀態空間方程；通過模態分析，驗證解耦后模型的正確性與可控性；
16、步驟1.2.3：解得的狀態空間方程與配平結果，并命名存儲。
17、進一步地，步驟2中，基于simulink模塊搭建方法以及已設計的pid控制律結構，分別設計出各控制通道的統一控制律設計模型，包括俯仰控制設計模型、高度控制設計模型、滾轉控制設計模型、偏航控制設計模型。
18、進一步地，步驟3中，基于內外環級聯設計思路，采用根軌跡法對各工作點進行控制律設計，解得的控制律參數按照高度、速度的命名方式通過.mat文件分別進行存儲。
19、進一步地，步驟4的具體步驟如下：
20、步驟4.1：分別針對時域與頻域分析，建立統一的控制律參數評估模型；
21、步驟4.2：建立并運行時域評估腳本；
22、步驟4.3：建立并運行頻域評估腳本。
23、進一步地，步驟4.2的包括如下步驟：
24、步驟4.2.1：在頻域評估腳本中輸入待分析的工作點向量以及拉偏系數；
25、步驟4.2.2：基于工作點向量長度設置循環長度，通過查表的方式匹配步驟1與步驟3中的存儲結果，獲取對應工作點處的狀態空間方程以及控制律參數，并寫入至全局變量；
26、步驟4.2.3：在循環中自動導入狀態空間方程與控制律參數至控制律參數評估模型；
27、步驟4.2.4：在循環中運行時域評估函數，獲取評估指標結果，并將評估指標結果寫入存儲空間，開啟下一次循環；
28、步驟4.2.5：循環結束后形成一幅包含所有工作點的階躍響應曲線的繪圖，完成本次控制律參數批量化時域評估。
29、進一步地，步驟4.3包括如下步驟：
30、步驟4.3.1：首先在頻域評估腳本中輸入待分析的工作點向量以及拉偏系數；
31、步驟4.3.2：基于工作點向量長度設置循環長度，依據頻域指標及工作點配置建立頻域指標輸出表格；
32、步驟4.3.3：基于工作點向量長度設置循環長度，通過查表的方式匹配步驟2與步驟3中的存儲結果，獲取對應工作點處的狀態空間方程以及控制律參數，并寫入至全局變量；
33、步驟4.3.4：在循環中自動導入狀態空間方程與控制律參數至控制律參數評估模型；
34、步驟4.3.5：在循環中運行頻域指標評估函數，獲取評估指標結果，并將評估指標結果寫入存儲空間與表格，開啟下一次循環；
35、步驟4.3.6：循環結束后形成一張包含所有工作點控制參數頻域指標的excel表格，完成本次控制律參數批量化頻域評估。
36、本專利技術與現有技術相比，其顯著優點是：
37、(1)本專利技術設計的無人機控制律參數的批量化評估方法，改善了無人機飛控系統控制律在工程設計中存在的控制律參數評估工作重復度高、效率低下本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟1中的具體步驟如下：
3.根據權利要求2所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟1.1中的具體步驟如下：
4.根據權利要求2所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟1.2中的具體步驟如下：
5.根據權利要求1所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟2中，基于Simulink模塊搭建方法以及已設計的PID控制律結構，分別設計出各控制通道的統一控制律設計模型，包括俯仰控制設計模型、高度控制設計模型、滾轉控制設計模型、偏航控制設計模型。
6.根據權利要求1所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟3中，基于內外環級聯設計思路，采用根軌跡法對各工作點進行控制律設計，解得的控制律參數按照高度、速度的命名方式通過.mat文件分別進行存儲。
7.根據權利要求1所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟4的具
8.根據權利要求7所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟4.2的包括如下步驟：
9.根據權利要求8所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟4.3包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟1中的具體步驟如下：
3.根據權利要求2所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟1.1中的具體步驟如下：
4.根據權利要求2所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟1.2中的具體步驟如下：
5.根據權利要求1所述的無人機控制律參數的批量化評估方法，其特征在于，步驟2中，基于simulink模塊搭建方法以及已設計的pid控制律結構，分別設計出各控制通道的統一控制律設計模型，包括俯仰控制設...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐建，楊倩，霍芳，席春林，
申請(專利權)人：中國人民解放軍第五三一一工廠，
類型：發明
國別省市：
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