削减和HL-20机身的线性化
这是例子五部分系列文章的第1部分设计和调优HL-20飞行器的飞行控制系统。这部分处理削减和机身的线性化。
HL-20模型
改编自HL-20模型描述的模型NASA HL-20解除身体机体(航天Blockset)。这是一个6自由度车辆模型在最后降落和着陆阶段的飞行。没有推力是用在这个阶段和机身滑翔着陆跑道。
open_system (“csthl20_trim”)
这个版本的模型包括运动方程(加工),空气动力学的力和力矩计算表、环境模型,和“控制选择器”块地图副翼,电梯,舵要求变形量的六个控制面。
批修剪
削减由计算副翼、电梯和舵变位,零机身上的力和时刻,或者说,保持身体速度乌兰巴托,vb,世行和角速率p, q, r稳定。因为推力在降落的过程中,没有使用一个二自由度是失落和修剪必须放松让乌兰巴托有所不同。修剪的变位值达、德博士取决于机体方向相对于风。这种取向的特点是攻角(AoA)α和β侧滑角(代谢)。
与operspec和findop功能,您可以有效地计算出削减变位的网格(α,β)值覆盖了汽车的操作范围。这里我们削减模型8α的值从-10度到25度,和5β的值从-10 + 10度。名义高度和速度设置为10000英尺,0.6马赫。
d2r =π/ 180;%度弧度m2ft = 3.28084;%计到脚高度= 10000 / m2ft;%名义高度马赫= 0.6;%名义马赫alpha_vec = 10:5:25;α%范围beta_vec = 10:5:10;%测试范围(α,β)= ndgrid (alpha_vec beta_vec);%(α,β)网格
使用operspec创建一个数组的操作规范。
opspec = operspec (“csthl20_trim”、大小(α));opspec (1)
ans =作业点csthl20_trim规范模型。(时变组件评估在时间t = 0): - - - - - - - - - - - x已知稳态分钟马克斯dxMin dxMax……………………………………(1) csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/计算DCM和欧拉角/ψφθ0假真负无穷到正无穷负无穷到正无穷-0.19945假真负无穷到正无穷正0错误真的负无穷到正无穷负无穷到正无穷(2)csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/ p, q, r 0假真负无穷到正无穷负无穷到正无穷0假真负无穷到正无穷正0错误真的负无穷到正无穷负无穷到正无穷(3)csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/乌兰巴托,vb,世行202.67假真负无穷到正无穷负无穷到正无穷0假真负无穷到正无穷正23.257假真负无穷到正无穷负无穷到正无穷(4)csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/ xe,你们泽-12071.9115假真负无穷到正无穷负无穷到正无穷0假真负无穷到正无穷正-3047.9999假真负无穷到正无穷负无穷到正无穷输入:- - - - - - - - - - -你知道敏马克斯_____ _____ _____ _____ (1)csthl20_trim / da 0错误负无穷到正无穷(2)csthl20_trim / 0错误负无穷到正无穷(3)csthl20_trim博士/ 0假负无穷到正无穷输出:- - - - - - - - - - - y已知的最小最大_____ _____ _____ _____ (1)csthl20_trim / p, q, r(1 - 3) 0假负无穷到正无穷0假负无穷到正无穷0假负无穷到正无穷(2)csthl20_trim /φ;θ,psi(4 - 6)假负无穷到正无穷0假负无穷到正无穷0错误负无穷到正无穷(3)csthl20_trim /α(7)0错误负无穷到正无穷(4)csthl20_trim /β(8)0错误负无穷到正无穷(5)csthl20_trim /马赫(9)0错误负无穷到正无穷(6)csthl20_trim / Ax,是的,阿兹(10 - 12)假负无穷到正无穷0假负无穷到正无穷0错误负无穷到正无穷
指定为机体的每个方向的平衡条件。要做到这一点:
指定的方向固定输出α和β成所需要的值。
指定机体固定输出到0.6马赫的速度。
标志着角率p, q, r是稳定的。
马克速度vb和白平衡稳定。
为ct = 1时%指定α角opspec (ct) .Outputs (3)。y =α(ct);opspec (ct) .Outputs (3)。知道= true;%指定β角opspec (ct) .Outputs (4)。y =β(ct);opspec (ct) .Outputs (4)。知道= true;%指定马赫速度opspec (ct) .Outputs (5)。y =马赫;opspec (ct) .Outputs (5)。知道= true;% Mark p, q, r是稳定的opspec (ct) .States (2)。稳态= true (3,1);%马克vb,白平衡稳定opspec (ct) .States (3)。稳态=(假;真;真正的);%(φ,θ,psi)和(Xe,你们,泽)不稳定opspec (ct) .States (1)。稳态= false (3,1);opspec (ct) .States (4)。稳态= false (3,1);结束
充分描述修剪条件
设置p = 0,防止滚动。
设置卷/俯仰/偏航角(θ,φpsi)(0,α,β)对齐风和地球帧。
指定机体位置(Xe,你们,泽)(0,0,高度)。
为ct = 1时%(φ,θ,psi)设置为(0,α,β)opspec (ct) .States (1)。x = [0;α(ct) * d2r;β(ct) * d2r];opspec (ct) .States (1)。知道= true (3,1);%设置p = 0(没有滚动)opspec (ct) .States(2)方式(1)= 0;opspec (ct) .States (2) .Known (1) = true;% (Xe,你们,泽)设置为(0,0,高度)opspec (ct) .States (4)。x = [0;0;高度);opspec (ct) .States (4)。知道= true (3,1);结束
现在使用findop计算修剪所有40(α,β)组合条件。这个批处理模式的方法包括单个模型的编译。FINDOP使用优化解非线性方程描述每一个平衡。在这里,我们使用“SQP算法这一任务。
%为FINDOP解算器设置选项TrimOptions = findopOptions;TrimOptions.OptimizationOptions。算法=“sqp”;TrimOptions。DisplayReport =“关闭”;%削减模型(运维、rp) = findop (“csthl20_trim”、opspec TrimOptions);
这将返回8-by-5数组操作(操作条件)和rp(优化报告)。您可以使用数来验证每个条件成功地计算。结果第一(α,β)对如下所示。
(α(1)β(1))
ans = -10 -10
行动(1)
ans csthl20_trim =操作点模型。(时变组件评估在时间t = 0): - - - - - - - - - - - x __________ (1) csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/计算DCM和欧拉角/ψφθ0 -0.17453 -0.17453 (2)csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/ p, q, r 0 -0.15825 0.008004 (3) csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/乌兰巴托,vb,世行191.0911 -34.2143 -33.6945 (4)csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/ xe,你们泽0 0 -3047.9999输入:- - - - - - - - - - - u ________ (1) csthl20_trim / da -23.9841 (2) csthl20_trim / de -6.4896 (3) csthl20_trim /博士4.0858
(1).TerminationString奢望
ans = '操作点规范成功。”
批处理线性化
飞行控制系统的收益通常是计划作为α和β的函数,请参阅第2部分(角速率控制HL-20自动驾驶仪为更多的细节。调整这些收益,需要线性化模型HL-20机身的40修剪条件。使用线性化这些模型计算的操作条件运维。
%线性化机体动力学在每个条件G =线性化(“csthl20_trim”,“csthl20_trim / HL20机体”、运维);大小(G)
8 x5的状态空间模型。每个模型都有34个输出,输入9和12个州。
“控制选择器”的线性等效块取决于电梯的数量应计算挠度和qbar_inv = 1马赫(名义动态压强= 0.6)。为方便起见,也在40修剪条件线性化这一块。
c =线性化(“csthl20_trim”,“csthl20_trim /控制选择器”、运维);% 0 a / b和qbar_inv频道c = [CS (: 1:3) 0 (6 2)];
线性模型简化
线性化机体模型有12个州:
xG = G.StateName
xG = 12 x1单元阵列{φθpsi(1)的}{的φθpsi(2)}{的φθpsi (3)} {“p, q, r (1)”} {' p, q, r (2)} {' p, q, r(3)}{“乌兰巴托,vb,世行(1)”}{的乌兰巴托,vb,世行(2)}{的乌兰巴托,vb,世行(3)}{xe,你们,泽(1)的}{‘xe,你们,泽(2)}{‘xe,你们,泽(3)}
一些州不受权威的横滚/俯仰/偏航自动驾驶仪和其他州贡献这个自动驾驶仪的设计。用于控制目的,最重要的州横摇角φ,身体速度乌兰巴托,vb,世行和角速率p, q, r。因此,使用莫德雷德获得一个7阶模型,只有保留这些状态。
七国集团(G7) = G;xKeep = {…“φθpsi (1)”“乌兰巴托,vb, wb (1)”“乌兰巴托,vb, wb (2)”乌兰巴托,vb, wb (3)“p, q, r (1)”“p, q, r (2)”“p, q, r (3)”};[~,xElim] = setdiff (xG xKeep);为ct = 40 G7 (:,:, ct) =莫德雷德(G (:,:, ct) xElim,“截断”);结束
手里拿着这些线性化模型,你可以搬到调优和调度的任务飞行控制系统收益。看到角速率控制HL-20自动驾驶仪这个例子的第2部分。
