HL-20自动驾驶仪的角速率控制
这是HL-20飞行器飞行控制系统设计和调整示例系列的第2部分。这部分处理关闭内部循环控制身体的角度速率。
控制体系结构
打开HL-20模型及其飞行控制系统。
open_system (“csthl20_control”）
该六自由度模型是根据NASA HL-20起重机体(航天Blockset)．该模型被配置为模拟最终着陆地点的方法。“制导系统”生成滑翔轨迹和相应的滚转、攻角(alpha)和侧滑角(beta)命令。“飞行控制系统”的任务是调整控制面以跟踪这些命令。“飞行控制系统”内部的“控制器”模块是一个具有不同自动驾驶配置的变体子系统。
“基线”和“经典”控制器使用经典的级联环路架构，其中三个内部仅p循环来控制角速率p,q,r，三个外部PI循环来控制角位置phi,alpha,beta。6个比例增益和3个积分增益都被安排为alpha和beta的函数。“基线”变体包含了NASA HL-20起重机体(航天Blockset)．本系列的第2部分和第3部分使用“经典”变体来演示调优过程。活动变量由工作区变量CTYPE控制。将其值设置为2以激活控制器的“classic”变体。
选择控制器的“经典”变体Ctype = 2;调用模型更新，以确保在线性化过程中只分析活跃的变量信号set_param (“csthl20_control”，“SimulationCommand”，“更新”）;
请注意，这种变体使用查找表和MATLAB函数块的混合来调度自动驾驶仪增益。
控制器调优设置
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“HL20机身”和“控制选择器”块的线性化模型，用于40个不同的飞机方向(40个不同的(alpha,beta)值对)。加载这些线性化模型的数组。
负载csthl20_TrimData七国集团(G7)CS大小(七国集团)
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，0个状态。
的slTuner接口是获取“csthl20_control”线性化模型的简便方法，适用于控制系统的设计和分析。通过这个接口，您可以在模型中指定信号和感兴趣的点，并指定要调优哪些块。
ST0 = slTuner(“csthl20_control”）;ST0。Ts = 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，以及偏度da,de,dr。
Ap = {“博士da;德;”“HL20机身/ pqr”“Alpha_deg”“Beta_deg”“Phi_deg”“控制器/古典/要求”%角需求“p_demand”“q_demand”“r_demand”};ST0.addPoint(美联社)
由于我们已经获得了“HL20机身”和“控制选择器”块的线性化模型作为(alpha,beta)的函数，线性化整个模型“csthl20_control”的最简单的方法是用一系列线性模型替换每个非线性组件。这被称为“块替换”，通常是在多个操作条件下线性化复杂模型的最有效方法。
用线性化模型G7的8 × 5阵列替换“HL20机身”块BlockSub1 = struct(“名字”，“csthl20_control / HL20机体”，“价值”,七国集团(G7));将“控件选择器”替换为CSBlockSub2 = struct(“名字”，csthl20_control/飞行控制系统/控制选择器，“价值”, CS);%用直接馈通替换“执行器”(忽略饱和和二阶执行器动力学)BlockSub3 = struct(“名字”，“csthl20_control /致动器”，“价值”、眼(6));ST0。BlockSubstitutions = [BlockSub1;BlockSub2;BlockSub3];
现在，您已经为控件设计部分做好了准备。
关闭内部循环
从控制角速率p q r的三个内环开始。为了得到方向，绘制从偏转(da,de,dr)到角速率(p,q,r)的开环传递函数。与slTuner接口，您可以查询任何感兴趣的传递函数的模型。
注意:第二个“da;de;dr”打开植物输入的所有反馈循环Gpqr = getIOTransfer(ST0，“博士da;德;”，“评定”，“博士da;德;”）;波德(Gpqr (1, 1), Gpqr (2, 2), Gpqr(3、3),{1 e 1, 1 e3}),网格传奇(从da到p，de到q，从dr到r）
这个波德图表明对角线项表现为超过5 rad/s的积分器(直到符号)。这证明使用比例控制是合理的。根据基线设计，将p、q、r环路的目标带宽分别设置为30、22.5、37.5 rad/s。每个(alpha,beta)值的增益Kp, Kq, Kr很容易从这些频率的植物频率响应中获得，相位图表明Kp应该是正的(负反馈)，Kq, Kr应该是负的(正反馈)。
为每个(α， β)条件计算Kp,Kq,Kr。生成的数组% have size [1 1 8 5]Kp = 1./abs(evalfr(Gpqr(1,1)，30i));Kq = -1./abs(evalfr(Gpqr(2,2)，22.5i));Kr = -1./abs(evalfr(Gpqr(3,3)，37.5i));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，de到q，从dr到r）
为了总结内循环设计，将这些增益值推到Simulink模型中相应的查找表中，并刷新slTuner对象。
MWS = get_param(“csthl20_control”，“ModelWorkspace”）;MWS.assignin (“金伯利进程”挤压(Kp)) MWS.assignin (“Kq”挤压(Kq)) MWS.assignin (“Kr”挤压(Kr))刷新(ST0)
接下来你需要调整外环控制滚，攻角和侧滑角。本系列的第3部分(HL-20自动驾驶仪SISO设计中的姿态控制)介绍了如何调优经典的SISO体系结构，第4部分(HL-20自动驾驶仪的姿态控制MIMO设计)探讨了MIMO架构的优点。
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