HL-20机身的修整和线性化
这是HL-20飞行器飞行控制系统设计和调整的五部分示例系列的第1部分。这一部分涉及机身的微调和线性化。
HL-20模型
HL-20型号是根据中所述型号改装而成NASA HL-20升降机身（航空航天区块集）。这是飞行器在飞行的最终下降和着陆阶段的6自由度模型。该阶段不使用推力，机身滑向着陆带。
开放式系统(“csthl20_修剪”)
此版本的模型包括运动方程（EOM）、空气动力学表中的力和力矩计算、环境模型和“控制选择器”块，用于将副翼、升降舵和方向舵需求映射到六个控制面的偏转。
批量修整
调整包括计算副翼、升降舵和方向舵的偏转，使机身上的力和力矩归零，或等效地保持身体速度ub、vb、wb和角速度p、q、r稳定。因为在下降过程中没有使用推力，一个自由度就丧失了，所以必须放松配平条件，让ub变化。挠度da、de、dr的配平值取决于机身相对于风的方向。这个方向的特征是迎角(AoA) alpha和侧滑角(AoS) beta。
和operspec和芬多普功能，您可以有效地计算覆盖车辆工作范围的（alpha，beta）值网格上的配平偏转。在这里，我们将模型修剪为8个α值，范围为-10到25度，5个β值，范围为-10到+10度。标称高度和速度设置为10000英尺和0.6马赫。
d2r=pi/180；%度到弧度m2ft=3.28084；%米到英尺海拔=10000/m2英尺；%标称高度马赫数=0.6；%标称马赫数阿尔法向量=-10:5:25；%阿尔法射程贝塔向量=-10:5:10；%贝塔范围[alpha，beta]=ndgrid（alpha_-vec，beta_-vec）；%（α，β）网格
使用operspec创建操作点规范数组。
opspec=operspec(“csthl20_修剪”，大小（α）；操作规范（1）
csthl20_型阀内件的工作点规格。（在时间t=0时评估的时变组件）状态：-------------（1）csthl20_修剪/HL20机身/6DOF（欧拉角）/计算DCM和欧拉角/φθpsi规范：dx=0，初始猜测：0规范：dx=0，初始猜测：-0.199规范：dx=0，初始猜测：0（2）csthl20_修剪/HL20机身/6DOF（欧拉角）/p，q，r规范：dx=0，初始猜测：0规格：dx=0，初始猜测：0规格：dx=0，初始猜测：0（3）csthl20_修剪/HL20机身/6DOF（欧拉角）/ub，vb，wb规格：dx=0，初始猜测：203规格：dx=0，初始猜测：0规格：dx=0，初始猜测：23.3（4）csthl20_修剪/HL20机身/6DOF（欧拉角）/xe，ye，ze规格：dx=0，初始猜测：-1.21e+04规格：dx=0，初始猜测：0规格：dx=0，初始猜测：-3.05e+03输入：-------------（1）csthl20_微调/da初始猜测：0（2）csthl20_微调/de初始猜测：0（3）csthl20_微调/dr初始猜测：0输出：-------------（1）csthl20_微调/p；Qr（1-3）规格：无规格：无规格：无（2）csthl20_修剪/phi；θ；psi（4-6）规格：无规格：无规格：无（3）csthl20_微调/α（7）规格：无（4）csthl20_微调/β（8）规格：无（5）csthl20_微调/马赫（9）规格：无（6）csthl20_微调/斧头，Ay，Az（10-12）规格：无规格：无规格：无规格：无
为机身的每个方向指定平衡条件。为此：
通过将输出alpha和beta固定到所需值来指定方向。
通过将马赫数输出固定为0.6来指定机身速度。
将角速率p、q、r标记为稳定。
将速度vb和wb标记为稳定。
对于ct=1:40%指定alpha角度opspec（ct）。输出（3）。y=α（ct）；opspec（ct）。输出（3）。已知=真；%指定β角opspec（ct）。输出（4）。y=β（ct）；opspec（ct）.输出（4）.已知=真；%指定马赫速度opspec（ct）。输出（5）。y=马赫；opspec（ct）。输出（5）。已知=真；%将p、q、r标记为稳定opspec（ct）.状态（2）.稳定状态=真（3,1）；% Mark vb,wb稳定opspec（ct）.States（3）.SteadyState=[假；真；真]；%（φ，θ，psi）和（Xe，Ye，Ze）不稳定opspec（ct）.状态（1）.稳定状态=假（3,1）；opspec（ct）.状态（4）.稳定状态=假（3,1）；终止
为了充分描述配平条件，还需要
设置p=0以防止滚动。
将横摇/俯仰/偏航角度（φ、θ、psi）设置为（0、α、β），以对齐风和地球框架。
将机身位置（Xe、Ye、Ze）指定为（0,0，-高度）。
对于ct=1:40%将（φ，θ，psi）设置为（0，α，β）opspec（ct）.States（1）.x=[0；α（ct）*d2r；β（ct）*d2r]；opspec（ct）.状态（1）.已知=真（3,1）；%设置p=0（无滚动）操作规范（ct）.状态（2）.x（1）=0；opspec（ct）.状态（2）.已知（1）=真；%将（Xe，Ye，Ze）设置为（0,0，-高度）操作规范（ct）.States（4）.x=[0；0；-高度]；opspec（ct）.状态（4）.已知=真（3,1）；终止
现在使用芬多普一次性计算所有40个（α，β）组合的修剪条件。此批处理模式方法涉及模型的单个编译。FINDOP使用优化来解决表征每个平衡的非线性方程。此处我们使用“SQP”算法完成此任务。
%设置FINDOP解算器的选项TrimOptions=findopOptions；TrimOptions.OptimizationOptions.Algorithm=“sqp”; TrimOptions.DisplayReport=“关”;%修剪模型[ops，rps]=findop(“csthl20_修剪”、opspec、TRIMPOPTIONS）；
这将返回8×5阵列OPS（操作条件）和RPS（优化报告）。可以使用RPS验证是否已成功计算每个修剪条件。第一对（α，β）的结果如下所示。
[α（1）β（1）]
ans=-10-10
行动（1）
csthl20_trim模型的工作点。(时变组件评估在时间t = 0) : ---------- ( 1) csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/计算DCM和欧拉角/θψφx: 0 x: -0.175 x: -0.175 (2) csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/ p, q, r x: 0 x: -0.158 x: 0.008 (3) csthl20_trim / HL20机身/ 6自由度(欧拉角)/乌兰巴托,vb,世行x: 191 x: -34.2 x:-33.7 (4.) csthl20_trim/HL20 Airframe/6DOF (Euler angle)/xe,ye,ze x: 0 x: 0 x: -3.05e+03输入:---------- (1.)csthl20_trim/da u: -24 (2.) csthl20_trim/de u: -6.49 (3.) csthl20_trim/dr u: 4.09
rps（1）.终止字符串
ans='已成功满足操作点规范。'
批量线性化
飞行控制系统的增益通常作为α和β的函数进行安排，见第2部分(HL-20自动驾驶仪的角速度控制（控制系统工具箱）了解更多详细信息。为了调整这些增益，你需要HL-20机身在40配平条件下的线性化模型。使用线性化根据配平工况计算这些模型老年退休金.
%在每个配平条件下线性化机身动力学G=线性化(“csthl20_修剪”,“csthl20_配平/HL20机身”尺寸（克）
8x5状态空间模型阵列。每个模型有34个输出、9个输入和12个状态。
“控制选择器”块的线性等效值取决于升降舵偏转量，应针对qbar_inv=1（马赫数=0.6时的标称动态压力）进行计算。为方便起见，还应在40配平条件下对该块进行线性化。
CS=线性化(“csthl20_修剪”,“csthl20_微调/控制选择器”，ops）；%调零a/b和qbar_库存通道CS=[CS（：，1:3）零（6,2）]；
线性模型简化
线性化机身模型有12种状态：
xG=G.StateName
xG=12x1单元阵列{'phi theta psi（1）}{'phi theta psi（2）}{'phi theta psi（3）}{'p，q，r（1）}{'p，q，r（2）}{'p，q，r（3）}{'ub，vb，wb（1）}{'ub vb wb（2）}{'ub vb，vb，wb（3）}{'
一些状态不在横滚/俯仰/偏航自动驾驶仪的权限范围内，而其他状态对自动驾驶仪的设计贡献甚微。出于控制目的，最重要的状态是横滚角φ、身体速度ub、vb、wb和角速率p、q、r。相应地，使用莫德雷德获得仅保留这些状态的7阶模型。
G7=G；xKeep={...'φθpsi（1）'‘ub、vb、wb（1）’‘ub、vb、wb（2）’‘ub、vb、wb（3）’‘p，q，r（1）’‘p，q，r（2）’‘p，q，r（3）’}59449；对于ct=1:40 G7（：，：，ct）=modred（G（：，：，ct），xElim，“截断”);终止
有了这些线性化模型，您可以开始调整和调度飞行控制系统增益的任务。请参阅HL-20自动驾驶仪的角速度控制（控制系统工具箱）用于本示例的第2部分。
相关的话题
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