控制体系结构

打开HL-20模型及其飞行控制系统。

开放式系统(“csthl20_控制”）

此6自由度模型改编自NASA HL-20升降机身(航天Blockset)。该模型被配置为模拟最终进入着陆地点。“制导系统”生成滑翔轨迹和相应的滚转、攻角(alpha)和侧滑角(beta)指令。“飞行控制系统”的任务是调整控制面来跟踪这些命令。“飞行控制系统”内部的“控制器”块是一个具有不同自动驾驶配置的变型子系统。

“基线”和“经典”控制器使用经典的级联环架构，其中有三个内部仅p环来控制角速率p,q,r，以及三个外部PI环来控制角位置phi,alpha,beta。6个比例增益和3个积分增益都被安排为和的函数。“基线”变体包含在NASA HL-20升降机身（航空航天区块集）。本系列的第2部分和第3部分使用“经典”变体来完成调优过程。活动变量由工作空间变量CTYPE控制。将其值设置为2以激活控制器的“经典”变体。

%选择控制器的“经典”变体CTYPE=2；

注意，该变体混合使用查找表和MATLAB函数块来调度自动驾驶仪增益。

设置控制器调优

在本系列的第1部分(HL-20机身的修整和线性化)，我们获得了40种不同飞机方向（40对不同的（α，β）值）的“HL20机身”和“控制选择器”块的线性化模型。加载这些线性化模型阵列。

负载csthl20_TrimData七国集团(G7)CS尺寸（G7）

状态空间模型的8x5数组。每个模型有34个输出，9个输入和7个状态。

大小(CS)

状态空间模型的8x5数组。每个模型有6个输出，5个输入和0个状态。

的slTuner接口是获取“csthl20_控制”线性化模型的一种方便方法，适用于控制系统设计和分析。通过此接口，您可以指定模型中的信号和关注点，并指定要调整的块。

ST0=单反调谐器(“csthl20_控制”）;ST0。t = 0;%要求连续时间线性化

这里的兴趣点包括角度和速率需求，相应的响应，以及挠度da,de,dr。

美联社= {“博士da;德;”“HL20机身/pqr”“阿尔法度”“Beta_deg”“Phi_deg”“控制器/经典/需求”%角度要求“p_demand”“q_需求”“r_demand”}；ST0.添加点（AP）

由于我们已经获得了作为(alpha,beta)函数的“HL20 Airframe”和“Controls Selector”模块的线性化模型，所以对整个模型“csthl20_control”进行线性化的最简单方法是用一组线性模型替换每个非线性组件。这被称为“块替代”，通常是在多种操作条件下将复杂模型线性化的最有效方法。

%将“HL20机身”模块替换为8×5线性化模型G7阵列BlockSub1=struct(“名字”，“csthl20_control / HL20机体”，“价值”,七国集团(G7));%将"Controls Selector"替换为CSBlockSub2=struct(“名字”，'csthl20_control/Flight Control System/Controls Selector'，“价值”，CS）；%用直接馈通代替“致动器”（忽略饱和和二阶致动器动态）BlockSub3 =结构(“名字”，“csthl20_控制/执行器”，“价值”、眼(6));ST0。BlockSubstitutions = [BlockSub1;BlockSub2;BlockSub3];

现在，您可以开始控件设计部分了。

关闭内部循环

从控制角速度p q r的三个内环开始。为了有方向，绘制从偏转(da,de,dr)到角速度(p,q,r)的开环传递函数。与slTuner接口，您可以查询模型的任何感兴趣的传递函数。

%注:第二个'da;de;dr'打开工厂输入的所有反馈回路Gpqr = getIOTransfer (ST0,“博士da;德;”，“评定”，“博士da;德;”); bode（Gpqr（1,1），Gpqr（2,2），Gpqr（3,3），{1e-1,1e3}），网格图例(“从da到p”，“德问”，的r博士）

此Bode图表明，对角线项表现为大于5 rad/s的积分器（直至符号）。这证明只使用比例控制是合理的。与基线设计一致，将p、q、r环路的目标带宽分别设置为30、22.5和37.5 rad/s。每个（α，β）值的增益Kp，Kq，Kr可从这些频率下的电厂频率响应中获得，相位图表明Kp应为正（负反馈），Kq，Kr应为负（正反馈）。

%计算每个（α，β）条件的Kp，Kq，Kr。结果数组%有大小[1 1 8 5]Kp = 1. / abs (evalfr (Gpqr(1, 1), 30我));Kq = -1. / abs (evalfr (Gpqr(2, 2), 22.5我));基米-雷克南= -1. / abs (evalfr (Gpqr(3、3),37.5我));波德(Gpqr (1,1) * Kp, Gpqr (2, 2) * Kq Gpqr (3,3) * Kr, {1 e 1, 1 e3}),网格传奇(“从da到p”，“德问”，的r博士）

为了完成内部循环的设计，将这些增益值推到Simulink模型中相应的查找表中，并刷新万博1manbetxslTuner对象

多工作站系统= get_param (“csthl20_控制”，“ModelWorkspace”）;MWS.assignin (“Kp”挤压(Kp)) MWS.assignin (“Kq”挤压(Kq)) MWS.assignin (“Kr”，挤压（Kr））刷新（ST0）

接下来你需要调整控制滚转，攻角和侧滑角的外环。本系列的第3部分(HL-20自动驾驶仪的姿态控制- SISO设计)展示了如何调优经典的SISO体系结构，第4部分(HL-20自动驾驶仪MIMO设计中的姿态控制)研究MIMO体系结构的优点。