【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無人機飛行控制，具體涉及一種無人機偽迎角增穩控制方法。
技術介紹
1、隨著任務需求的日益多樣化和復雜化，對無人機機動性的要求不斷提高，例如在一些特殊任務場景下，無人機需要快速改變飛行姿態和軌跡以適應復雜環境或完成特定任務目標。然而，傳統的具有較高靜穩定性的無人機設計在一定程度上限制了其機動性的提升。對于給定的無人機飛行速度和氣動布局，要實現高機動性往往需要依靠較大的迎角，但在常規設計中，允許的舵偏角通常有限，這就導致了在追求機動性時面臨困境。為了解決上述問題，偽迎角反饋技術應運而生。
2、偽迎角反饋技術通過在無人機彈體周圍構建迎角反饋回路，形成人工恢復力矩，可以實現靜態不穩定無人機的增穩或靜態過于穩定無人機的降穩，并穩定其控制比。例如在一些導彈設計中，引入偽迎角反饋后，在保證高控制比的同時能提高魯棒性，如在迎角需求較大時，能降低穩態舵偏角需求，同時在一定程度上平衡動態響應需求。
3、在實際應用中，需要更精確地確定偽迎角反饋回路的參數，以更好地適應不同飛行條件和任務需求，同時需要進一步研究如何更好地處理舵偏角限制、飛行穩定性和機動性之間的關系等問題。
4、當無人機彈體呈現低靜態穩定性時，其自身為發散系統，這在諸如部分戰術導彈的初始動力飛行階段時有發生，此時若缺乏自動駕駛儀的輔助，無人機難以實現穩定飛行。以導彈控制為例，后控導彈的傳遞函數存在右半平面零點，屬于非最小相位系統，在控制初始階段，其加速度輸出方向與預期相反，需待迎角產生的升力足夠大時，才會出現預期的加速度方向，這無疑影響了
5、傳統設計中為確保飛行安全與穩定，無人機往往被設計為具有較高的靜態穩定性，這使得其在飛行過程中難以快速改變姿態和軌跡。例如在需要進行敏捷機動動作以規避障礙物或快速追蹤目標的場景下，高靜穩定的無人機由于其氣動布局和控制特性，無法迅速響應指令調整飛行狀態。現有的控制方法在高靜態穩定性的無人機上難以實現有效的放寬靜穩定操作。一方面，常規的控制策略缺乏針對性的機制來主動調整無人機的靜穩定性。在實際飛行中，當面臨復雜多變的任務需求，如需要在狹小空間內快速轉向或在強氣流干擾下保持精確飛行軌跡時，現有的控制方法無法動態地降低無人機的靜穩定性以獲取更高的機動性；另一方面，傳統控制方法在嘗試調整靜穩定性時，容易引發其他飛行性能的波動。例如，可能會導致飛行姿態的不穩定、飛行速度的控制難度增加等問題，從而影響整體飛行性能和任務執行效果。因此迫切需要一種能夠有效放寬靜穩定性且能確保飛行性能穩定的控制方法，以滿足現代無人機在多樣化任務場景下的需求。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種無人機偽迎角增穩控制方法，在升降舵控制通道中引入俯仰角速率信號和偽迎角增穩控制策略改善無人機的動態響應特性。
2、為實現以上目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種無人機偽迎角增穩控制方法，主要是在升降舵控制通道中引入俯仰角速率信號改善無人機的動態響應特性，具體包括以下步驟：
4、將傳感器采集的俯仰角速率信號作為反饋，通過飛行力學相關理論推導出俯仰角速率到偽迎角的傳遞函數，在角速率增穩回路中加入偽迎角反饋，通過偽迎角增穩放寬縱向靜穩定性。
5、俯仰角速率到偽迎角的傳遞函數表達式為：，
6、其中為傳感器測量的俯仰角速率信號，為拉普拉斯變換中的復數變量，為偽迎角，為動力學導數：迎角變化引起的縱向力。
7、基于經典反饋控制的俯仰通道的增穩控制律為：
8、，
9、其中，為增穩回路的升降舵指令，為偽迎角增穩回路的升降舵指令，為原有角速率增穩回路的升降舵指令，為偽迎角增穩控制增益，為俯仰角速率增穩控制增益。
10、有益效果：本專利技術提供了一種無人機偽迎角增穩控制方法，在升降舵控制通道中引入俯仰角速率信號改善無人機的動態響應特性；將傳感器采得俯仰角速率信號作為反饋，通過飛行力學相關理論推導出俯仰角速率到偽迎角的傳遞函數，在角速率增穩回路中加入偽迎角反饋，通過偽迎角增穩放寬縱向靜穩定性。在4km高度，表速130m/s，消耗一半燃油的工況下進行飛行進行六自由度飛行仿真，給定俯仰角階躍響應，時域仿真可以看出本專利技術加入偽迎角增穩回路反饋的系統，上升時間、穩態誤差和超調量均優于未放寬靜穩定性的系統。
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1.一種無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，縱向小擾動方程的自然形式為：
3.根據權利要求2所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，對于飛機穩定性和操縱性分析，不計高度變化對外力和外力矩的影響，并假設基準運動為水平定常直線飛行，簡化為：
4.根據權利要求3所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，略去切向力方程，得到主要反應擾動恢復初始階段的近似方程：
5.根據權利要求1或3所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，所述俯仰角速率到偽迎角的傳遞函數表達式為：
6.根據權利要求1所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，所述偽迎角到升降舵的傳遞函數：，
7.根據權利要求1或6所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，基于經典反饋控制的俯仰通道增穩控制律：
【技術特征摘要】
1.一種無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，縱向小擾動方程的自然形式為：
3.根據權利要求2所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特征在于，對于飛機穩定性和操縱性分析，不計高度變化對外力和外力矩的影響，并假設基準運動為水平定常直線飛行，簡化為：
4.根據權利要求3所述的無人機偽迎角增穩控制方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：呂全輝，陳奕澄，喻康杰，盧照臨，劉瑞娟，呂偉業，王猛，董新蕾，
申請(專利權)人：南京天晴航空航天科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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