在多模态飞控系统设计时,其核心问题是如何划分和定义系统的模态。主要原则如下。
根据飞行任务要求的响应类型划分
飞机的响应是指飞机对各类控制指令输入所产生的时域或频域响应特性。飞机响应类主要有:潜响应、速率指令/姿态保持响应、姿态指令/姿态保持响应、航迹指令/航迹保持响应、垂直速率指令和高度保持指令响应等,还有横航向响应等。不同的响应类型是为了适应不同飞行任务需要而确定的,因此响应类型可以做多模态控制划分的原则。由于电传操纵系统和机械系统相比的一个显著特点是,可以根据飞行任务来剪裁飞行控制规律,这样就可以保证飞行器在不同的飞行阶段执行不同的飞行任务时,获得最佳飞行品质。
根据飞行阶段划分
从起飞到任务结束(返航回收或坠毁)的整个飞行过程中,可以划分为多个飞行阶段,在不同的飞行阶段中,由于飞机特性、完成的飞行任务、周围环境的通视条件以及对飞行品质要求的不同,飞控系统的控制规律也有所不同,从而可形成多模态控制规律。
根据飞控系统的功能划分
为了增强飞机的机动能力和增加机支方式,除了利用特殊的气动力布局设计,采用特殊构成的控制系统也是最有效的方法。为实现某种特殊的机动方式,就应构成不同的控制系统结构,从而形成特定的控制模态。例如,为了实现大角度盘旋机动、大俯冲机动、急剧爬升反转机动(复合机动),需要全资态陀螺或“捷联”平台提供不同的全姿态盖反馈变量,需要附加飞机燃油正过载(防止飞机翻滚时供油不足)以及控制软件,并按照特定的控制规律产生控制指令来操纵不同的舵面和油门机构,从形成特定的控制系统结构和控制模态。
根据控制系统余度管理要求划分
无人机飞控系统为提高其控制可靠性和安全性,往往在采用一定可靠度的传感器、执行机构、控制软件的基础上采取余度配置技术,例如无人机飞行高度测量环节可采用相似余度即多个相同传感器(如配置4个无线电高度表),也可以采用非相似余度即完全不同的传感器(如同时配置GPS、无线电高度表、大气计算机等)。还可以采用相似与丰相似混合配制。采用余度配置技术,需要对其进行有效管理。并根据其故障确定或切换工任务模态,如正常工作模态、降级工作模态、备份工作模态、重构工作模态等。
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