本技術(shù)涉及飛行器控制，尤其涉及一種彈性模型全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制平臺。

背景技術(shù)：

1、在飛行器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，隨著飛行器結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)的發(fā)展，尤其是長細(xì)比較大的飛行器，傳統(tǒng)的剛體動力學(xué)模型已無法全面描述其動態(tài)特性。輕量化雖然提高了飛行性能，但也引發(fā)了彈性問題，尤其是在高速飛行中，機(jī)身的彈性振動對姿態(tài)控制產(chǎn)生了顯著影響。這種振動對飛行器的動態(tài)響應(yīng)造成了新的挑戰(zhàn)，要求控制系統(tǒng)具備更高的精度和穩(wěn)定性。因此，飛行器控制系統(tǒng)面臨新的需求，需要開發(fā)新型控制方法以應(yīng)對這些彈性效應(yīng)。為了驗(yàn)證這些方法，需要在風(fēng)洞中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試其在實(shí)際飛行環(huán)境中的表現(xiàn)。因此，需搭建和設(shè)計(jì)專門的姿態(tài)控制平臺進(jìn)行新型控制方法的驗(yàn)證。此外，隨著飛行器設(shè)計(jì)的多樣化和復(fù)雜化，對于飛行器控制系統(tǒng)性能的評估也變得愈加重要。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制精度、響應(yīng)速度等性能指標(biāo)需要通過先進(jìn)的控制算法進(jìn)行優(yōu)化。在這一過程中，反饋矩陣分析和系統(tǒng)特性分析(如響應(yīng)曲線、伯德圖、奈奎斯特圖等)是評估系統(tǒng)性能的重要工具，能夠?yàn)轱w行器控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

2、當(dāng)前，彈性飛行器姿態(tài)控制平臺較少，且大部分彈性飛行器姿態(tài)控制平臺都采用matlab進(jìn)行設(shè)計(jì)，而較少采用labview進(jìn)行編寫，使用matlab設(shè)計(jì)的彈性飛行器姿態(tài)控制平臺難以與硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，無法實(shí)現(xiàn)基于labview分析控制系統(tǒng)的實(shí)施效果，以及辨識與分析控制系統(tǒng)的特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的主要目的在于提供一種彈性模型全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制平臺，旨在解決彈性模型全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制平臺的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供一種彈性模型全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制平臺，包括：基于labview的狀態(tài)空間方程程序面板、lqr控制律控制量計(jì)算程序面板、indi增益計(jì)算程序面板和控制律系統(tǒng)性能分析程序面板；其中，狀態(tài)空間方程程序面板用于利用順序結(jié)構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)空間方程的參數(shù)矩陣，并基于參數(shù)矩陣、初始條件和初始控制增益，得到下一時(shí)刻的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)；lqr控制律控制量計(jì)算程序面板用于積分和擴(kuò)維處理下一時(shí)刻的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)，得到擴(kuò)維后的參數(shù)矩陣，并利用construct?state-space?model.vi控件處理擴(kuò)維后的參數(shù)矩陣以及輸入的常值矩陣，得到lqr控制律狀態(tài)空間模型，利用linear?quadraticregulator.vi控件處理輸入的lqr控制律狀態(tài)空間模型，以及，對角實(shí)數(shù)化的q矩陣和r矩陣，得到lqr控制律增益，根據(jù)下一時(shí)刻狀態(tài)矩陣和lqr控制律增益，得到lqr控制律控制量；indi增益計(jì)算程序面板用于利用construct?state-space?model.vi控件處理輸入的增量非線性動態(tài)逆的常量矩陣，得到indi控制律狀態(tài)空間模型，利用linear?quadraticregulator.vi控件處理indi控制律狀態(tài)空間模型和預(yù)設(shè)的極點(diǎn)，得到indi增益，根據(jù)常量矩陣和indi增益，得到indi控制律控制量；控制律系統(tǒng)性能分析程序面板用于基于lqr控制律控制量反饋控制飛行器的lqr控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖，繪制indi控制律控制量反饋控制飛行器的indi控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖，并基于lqr控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖和indi控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖確定風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制結(jié)果。

3、可選地，所述狀態(tài)空間方程程序面板包括lqr控制律狀態(tài)空間方程前面板和indi狀態(tài)空間方程前面板，所述lqr控制律狀態(tài)空間方程前面板和所述indi狀態(tài)空間方程前面板均用于：在公式節(jié)點(diǎn)中輸入預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)空間方程的參數(shù)矩陣；在狀態(tài)空間方程程序面板中輸入角度和高度組成的指令矩陣、初始常值矩陣、參數(shù)矩陣、初始控制量和的初始擴(kuò)維狀態(tài)矩陣，得到真實(shí)狀態(tài)矩陣，并基于真實(shí)狀態(tài)矩陣和系統(tǒng)狀態(tài)空間方程計(jì)算下一時(shí)刻的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)，并在前面板顯示；其中，擴(kuò)維后的初始狀態(tài)矩陣、初始常值矩陣和初始控制量均為零矩陣。

4、可選地，所述平臺還包括動畫展示程序面板、高度俯仰坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序面板和動畫展示前面板；其中，動畫展示程序面板用于：基于繪制多條曲線控件繪制飛行器固定桿；在繪制多條曲線控件中繪制初始坐標(biāo)下的飛行器和飛行器各部件并在動畫展示前面板中顯示，其中，飛行器各部件包括：飛行器機(jī)翼、飛行器舵機(jī)和飛行器舵機(jī)軸；高度俯仰坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序面板用于基于高度俯仰坐標(biāo)變換算法處理輸入高度、俯仰角，以及繪制得到的飛行器和飛行器各部件，得到根據(jù)高度和俯仰角變化的飛行器動畫圖；動畫展示前面板用于顯示飛行器動畫圖。

5、可選地，還包括：積分器程序面板，用于利用積分控件處理下一時(shí)刻的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)，得到lqr控制律參數(shù)矩陣和indi控制律參數(shù)矩陣；擴(kuò)維程序面板，用于：利用初始化數(shù)組控件創(chuàng)建lqr控制律全零數(shù)組，利用數(shù)組至實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換控件將lqr控制律全零數(shù)組轉(zhuǎn)換為lqr控制律全零矩陣；利用創(chuàng)建矩陣控件將lqr控制律參數(shù)矩陣和lqr控制律全零矩陣按列添加后，得到擴(kuò)維后的lqr控制律參數(shù)矩陣，并在擴(kuò)維前面板中顯示擴(kuò)維后的lqr控制律參數(shù)矩陣；在擴(kuò)維程序面板中，利用初始化數(shù)組控件創(chuàng)建indi控制律全零數(shù)組，并利用數(shù)組至實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換控件將indi控制律全零數(shù)組轉(zhuǎn)換為indi控制律全零矩陣；利用創(chuàng)建矩陣控件將indi控制律參數(shù)矩陣和indi控制律全零矩陣按列添加后，得到擴(kuò)維后的indi控制律參數(shù)矩陣，并在擴(kuò)維前面板中顯示擴(kuò)維后的indi控制律參數(shù)矩陣。

6、可選地，所述lqr控制律控制量計(jì)算程序面板用于：利用矩陣輸入控件讀取擴(kuò)維后的下一時(shí)刻狀態(tài)矩陣；利用讀取子矩陣控件讀取下一時(shí)刻狀態(tài)矩陣的前兩行，分別得到角度指令和高度指令；讀取下一時(shí)刻狀態(tài)矩陣的剩余所有行，得到系統(tǒng)當(dāng)前的真實(shí)狀態(tài)；利用矩陣輸入控件讀取增益矩陣，利用讀取子矩陣控件讀取擴(kuò)維后的增益矩陣的前兩列，并根據(jù)取反后的前兩列與下一時(shí)刻狀態(tài)矩陣的前兩行的相乘結(jié)果，得到lqr控制律子矩陣；利用讀取子矩陣控件讀取擴(kuò)維后的增益矩陣的剩余列，并根據(jù)取反后的剩余列與狀態(tài)矩陣的剩余所有行的相乘結(jié)果，得到indi控制律子矩陣，并基于相加后的lqr控制律子矩陣和indi控制律子矩陣得到lqr控制律控制量。

7、可選地，所述indi增益計(jì)算程序面板用于：在indi增益計(jì)算程序面板中，基于預(yù)設(shè)的規(guī)則獲取子矩陣控件獲取常量矩陣中的索引元素，并基于預(yù)設(shè)的控制律運(yùn)算法則處理indi增益和索引元素，得到indi控制律控制量。

8、可選地，還包括：lqr控制律系統(tǒng)性能分析程序面板，用于：通過convert?totransfer?function?model.vi控件處理lqr控制律狀態(tài)空間模型，得到lqr控制律傳遞函數(shù)模型，基于lqr控制律傳遞函數(shù)模型繪制開環(huán)狀態(tài)空間方程和開環(huán)傳遞函數(shù)的狀態(tài)圖；將lqr控制律常值矩陣和indi控制律常值矩陣通過創(chuàng)建特殊矩陣控件創(chuàng)建為對角實(shí)數(shù)矩陣；將對角實(shí)數(shù)矩陣分別輸入root?locus.vi控件、pole-zero?map.vi控件和圖像繪制程序，得到開環(huán)高度、開環(huán)俯仰角、根軌跡和零極點(diǎn)圖；lqr控制律系統(tǒng)性能分析前面板，用于顯示開環(huán)高度、開環(huán)俯仰角、根軌跡和零極圖。

9、可選地，所述控制律系統(tǒng)性能分析程序面板，用于：將q矩陣和r矩陣均通過創(chuàng)建特殊矩陣控件創(chuàng)建為對角實(shí)數(shù)矩陣，并將對角實(shí)數(shù)矩陣輸入linear?quadraticregulator.vi控件，得到lqr控制律控制器增益；將lqr控制律控制器增益和lqr控制律控制器增益輸入regulator.vi，得到lqr控制律閉環(huán)狀態(tài)空間模型；利用split2子函數(shù)處理lqr控制律閉環(huán)狀態(tài)空間模型，得到各lqr控制律輸出模型，其中，各lqr控制律輸出模型包括：高度狀態(tài)空間模型、俯仰角狀態(tài)空間模型、完整狀態(tài)空間模型以及傳遞函數(shù)；利用圖像繪制程序處理各lqr控制律輸出模型，得到lqr控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖。

10、可選地，所述indi控制律系統(tǒng)性能分析程序面板還用于：將indi增益和indi控制律狀態(tài)空間模型輸入regulator.vi，得到indi控制律閉環(huán)狀態(tài)空間模型；利用split2子函數(shù)處理indi控制律閉環(huán)狀態(tài)空間模型，得到各indi控制律輸出模型，其中，各indi控制律輸出模型包括：高度狀態(tài)空間模型、俯仰角狀態(tài)空間模型、完整狀態(tài)空間模型以及傳遞函數(shù)。

11、可選地，所述平臺還包括：回差矩陣穩(wěn)定性分析程序面板，用于：基于lqr控制律增益和參數(shù)矩陣確定lqr控制律開環(huán)傳遞函數(shù)在指定頻率下的傳遞函數(shù)矩陣；基于傳遞函數(shù)矩陣和lqr控制律增益確定lqr控制律回差矩陣，基于lqr控制律回差矩陣，將lqr控制律回差矩陣輸入svd?decomposition.vi控件，得到奇異值；基于奇異值得到最小奇異值曲線、幅值裕度和相位裕度。

12、本技術(shù)實(shí)施例提出的一種彈性模型全機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制平臺，通過狀態(tài)空間方程程序面板用于利用順序結(jié)構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)空間方程的參數(shù)矩陣，并基于參數(shù)矩陣、初始條件和初始控制增益，得到下一時(shí)刻的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)；lqr控制律控制量計(jì)算程序面板用于積分和擴(kuò)維處理下一時(shí)刻的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)，得到擴(kuò)維后的參數(shù)矩陣，并利用construct?state-spacemodel.vi控件處理擴(kuò)維后的參數(shù)矩陣以及輸入的常值矩陣，得到lqr控制律狀態(tài)空間模型，利用linear?quadratic?regulator.vi控件處理輸入的lqr控制律狀態(tài)空間模型，以及，對角實(shí)數(shù)化的q矩陣和r矩陣，得到lqr控制律增益，根據(jù)下一時(shí)刻狀態(tài)矩陣和lqr控制律增益，得到lqr控制律控制量；indi增益計(jì)算程序面板用于利用construct?state-spacemodel.vi控件處理輸入的增量非線性動態(tài)逆的常量矩陣，得到indi控制律狀態(tài)空間模型，利用linear?quadratic?regulator.vi控件處理indi控制律狀態(tài)空間模型和預(yù)設(shè)的極點(diǎn)，得到indi增益，根據(jù)常量矩陣和indi增益，得到indi控制律控制量；控制律系統(tǒng)性能分析程序面板用于基于lqr控制律控制量反饋控制飛行器的lqr控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖，繪制indi控制律控制量反饋控制飛行器的indi控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖，并基于lqr控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖和indi控制律閉環(huán)系統(tǒng)特性圖確定風(fēng)洞試驗(yàn)姿態(tài)控制結(jié)果，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)基于labview分析控制系統(tǒng)的實(shí)施效果，以及辨識與分析控制系統(tǒng)的特性。