气动伺服弹性特性评价方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种气动伺服弹性特性评价方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.飞机气动伺服弹性飞行试验是验证飞机气动伺服弹性设计的最终环节。气动伺服弹性飞行试验使用真实飞机在真实飞行条件下进行，具有不受各种简化和假设限制的独特优点。
3.目前的飞机气动伺服弹性飞行试验评价方法只能应用于常规布局的飞机，对于多舵面耦合控制飞机并不适用。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种气动伺服弹性特性评价方法、装置、设备及存储介质，可以对多舵面耦合控制飞机进行气动伺服弹性飞行试验评价。
5.根据本公开的第一方面，气动伺服弹性特性评价方法，应用于多舵面耦合控制飞机，包括：
6.当飞机达到预设飞行状态时，向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号。记录飞机接收到输入的激励信号后，飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，第一控制指令信号为飞机的飞控系统输出的，第二控制指令信号是第一控制指令信号与激励信号叠加得到的。根据第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
7.一些实施方式中，向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号，包括：向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号。向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号。
8.一些实施方式中，对称激励信号的相位相同、幅值相同或相近。反对称激励信号相位相反，幅值相同或相近。
9.一些实施方式中，对称激励信号和反对称激励信号的频率范围包括覆盖左侧舵面和右侧舵面连接的飞机主翼面结构振动的模态频率。
10.一些实施方式中，根据第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果，包括：根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，以及输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
11.一些实施方式中，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果，包括：获取左侧舵面的第一控制回路参数和右侧舵面的第二控制回路参数，左侧舵面的第一控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第二控制回路参
数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的；获取左侧舵面的第三控制回路参数和右侧舵面的第四控制回路参数，左侧舵面的第三控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第四控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的；确定第一控制回路参数或第三控制回路参数为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。确定第二控制回路参数或第四控制回路参数为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。根据左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
12.一些实施方式中，控制回路参数包括增益裕度和相位裕度。
13.确定第一控制回路参数或第三控制回路参数为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，包括：将第一控制回路参数和第三控制回路参数中增益裕度较小的一个作为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
14.确定第二控制回路参数或第四控制回路参数为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，包括：将第二控制回路参数和第四控制回路参数中增益裕度较小的一个作为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
15.一些实施方式中，该方法还包括:根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第一开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第二开环传递函数。根据输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第三开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第四开环传递函数。根据第一开环传递函数和第三开环传递函数，根据预设理论算法，获取第一控制回路参数和第三控制回路参数。根据第二开环传递函数和第四开环传递函数，根据预设理论算法，获取第二控制回路参数和第四控制回路参数。
16.根据本公开的第二方面，提供了一种气动伺服弹性特性评价装置，应用于多舵面耦合控制飞机，该装置包括：
17.输入模块，用于当所述飞机达到预设飞行状态时，向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号。记录模块，用于记录所述飞机接收到输入的所述激励信号后，所述飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，所述第一控制指令信号为所述飞机的飞控系统输出的，所述第二控制指令信号是所述第一控制指令信号与所述激励信号叠加得到的。计算模块，用于根据所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
18.一些实施方式中，输入模块，具体用于向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号。向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号。
19.一些实施方式中，对称激励信号的相位相同、幅值相同或相近。反对称激励信号相位相反，幅值相同或相近。
20.一些实施方式中，对称激励信号和反对称激励信号的频率范围包括覆盖左侧舵面和右侧舵面连接的飞机主翼面结构振动的模态频率。
21.一些实施方式中，计算模块，具体用于根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，以及输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
22.一些实施方式中，计算模块，具体用于获取左侧舵面的第一控制回路参数和右侧舵面的第二控制回路参数，左侧舵面的第一控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第二控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的；获取左侧舵面的第三控制回路参数和右侧舵面的第四控制回路参数，左侧舵面的第三控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第四控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的；确定第一控制回路参数或第三控制回路参数为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。确定第二控制回路参数或第四控制回路参数为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。根据左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
23.一些实施方式中，控制回路参数包括增益裕度和相位裕度。
24.计算模块，具体用于将第一控制回路参数和第三控制回路参数中增益裕度较小的一个作为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
25.计算模块，具体用于将第二控制回路参数和第四控制回路参数中增益裕度较小的一个作为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
26.一些实施方式中，计算模块，还用于根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第一开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第二开环传递函数。根据输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第三开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第四开环传递函数。根据第一开环传递函数和第三开环传递函数，根据预设理论算法，获取第一控制回路参数和第三控制回路参数。根据第二开环传递函数和第四开环传递函数，根据预设理论算法，获取第二控制回路参数和第四控制回路参数。
27.根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如第一方面提供的方法。
28.根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，计算机指令用于使计算机执行根据第一方面提供的方法。
29.根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现根据第一方面提供的方法。
30.本公开通过在飞机达到预设飞行状态时，同时向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号，记录飞机接收到输入的激励信号后，飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，然后根据第一控制指令信号和第二控制指令信
号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。提供了一种可以准确评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性的气动伺服弹性特性评价方法。
31.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
32.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
33.图1为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价方法的流程示意图；
34.图2为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价方法的数据流向示意图；
35.图3为本公开实施例提供的另一种气动伺服弹性特性评价方法的流程示意图；
36.图4为本公开实施例提供的另一种气动伺服弹性特性评价方法中的流程示意图；
37.图5为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价方法的控制回路示意图。
38.图6为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价装置的组成示意图；
39.图7示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备700的示意性框图。
具体实施方式
40.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
41.新研飞机和改型飞机都必须进行气动伺服弹性飞行试验以证实飞机没有气动伺服弹性不稳定性等气动弹性不稳定性现象。飞机气动伺服弹性飞行试验是验证飞机气动伺服弹性设计的最终环节。
42.随着飞机布局形式的多样性以及电传控制系统设计的复杂性，飞机滚转、俯仰以及偏航回路的控制不再是通过独立的舵面实现滚转、俯仰和偏航三个回路的控制。例如，以某类型多舵面耦合控制飞机为例，其主操纵面由机翼后缘三组升降副翼(内侧、中间、外侧)同时操纵俯仰和滚转，低速飞行时内升降副翼协同参加操纵。机翼最外一组操纵面可上下分裂张开，构成开裂式阻力方向舵操纵偏航，并能作辅助俯仰滚转操纵，也可作减速板。机身中心线海狸尾上的阵风载荷减缓操纵面可用来控制俯仰。即该类型飞机的各舵面不再是单一控制某个飞机操纵回路，而是多舵面的耦合控制，例如机翼后缘三组升降副翼(内侧、中间、外侧)同时操纵俯仰和滚转，而不再是单独控制俯仰或者偏航。
43.但是传统的气动伺服弹性飞行试验仅针对传统电传飞机，并不适用于多舵面耦合控制飞机，无法准确评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性。因此，急需提供一种可以准确评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性的气动伺服弹性特性评价方法。
44.对此，本技术提供了一种应用于多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性评价方法，包括：
45.当飞机达到预设飞行状态时，向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号。记录飞机接收到输入的激励信号后，飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，第一控制指令信号为飞机的飞控系统输出的，第二控制指令信号
是第一控制指令信号与激励信号叠加得到的。根据第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
46.通过在飞机达到预设飞行状态时，同时向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号，记录飞机接收到输入的激励信号后，飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，然后根据第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。提供了一种可以准确评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性的气动伺服弹性特性评价方法。
47.图1为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价方法的流程示意图。该方法可以应用于电子设备，电子设备可以是服务器、计算机等具有数据处理能力的设备，本公开对此不作限制。
48.如图1所示，气动伺服弹性特性评价方法包括：
49.s110、当飞机达到预设飞行状态时，向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号。
50.一些实施方式，飞行状态包括飞行高度、飞行速度等。达到预设飞行状态则是指用于实验的飞机达到预设的飞行高度，以预设的飞行速度保持稳定平飞。
51.一些实施方式中，向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号，包括：向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号。向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号。
52.一些实施方式，可以先向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号，待对称激励信号输入完成后，再向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号。或者，也可以先向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号，待反对称激励信号输入完成后，再向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号。
53.其中，对称激励信号的相位相同、幅值相同或相近。反对称激励信号相位相反，幅值相同或相近。
54.例如，对称激励信号可以为两路线性正弦扫频信号，两路信号的相位相同，幅值相同且不超过1
°
。对称激励信号的持续时间不超过60秒。
55.反对称激励信号也可以为两路线性正弦扫频信号，两路信号的相位相反，幅值相同且不超过1
°
。反对称激励信号的持续时间不超过60秒。
56.一些实施方式中，对称激励信号和反对称激励信号的频率范围包括覆盖左侧舵面和右侧舵面连接的飞机主翼面结构振动的模态频率。
57.s120、记录飞机接收到输入的激励信号后，飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号。
58.其中，第一控制指令信号为飞机的飞控系统输出的，第二控制指令信号是第一控制指令信号与激励信号叠加得到的。
59.一些实施方式中，第一控制指令信号可以是飞机的飞控计算机经控制律(control law)计算得到的初始舵面控制指令信号，即未叠加激励信号时飞机自动控制舵面的控制指令信号。第二控制指令信号则可以是初始舵面控制指令信号叠加激励信号后得到。
60.一些实施方式中，第一控制指令信号和第二控制指令信号可以通过飞机测试系统记录。
61.s130、根据第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
62.一些实施方式中，可以根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，以及输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
63.一些实施方式中，飞机在预设飞行状态时的控制信号为第一控制指令信号。当输入激励信号后，飞机根据第二控制指令信号控制飞机的各个舵面。
64.图2为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价方法的数据流向示意图。
65.参考图2，第一控制指令信号包括从飞控计算机输出的控制左侧升降舵的初始舵面控制指令信号以及控制右侧升降舵的初始舵面控制指令信号。第二控制指令信号包括控制左侧升降舵的初始舵面控制指令信号叠加激励信号后得到的最终舵面控制指令信号，以及控制右侧升降舵的初始舵面控制指令信号叠加激励信号后得到的最终舵面控制指令信号。
66.控制左侧升降舵的最终舵面控制指令信输入左侧升降舵液压伺服系统，控制右侧升降舵的最终舵面控制指令信输入右侧升降舵液压伺服系统，共同控制弹性飞机(即多舵面耦合控制飞机)的舵面飞行。弹性飞机在飞行时发生弹性振动，飞控计算机获取滚转/俯仰反馈传感器在弹性飞机发生弹性振动时的传感器信号，并根据传感器信号生成新的第一控制指令信号。
67.图3为本公开实施例提供的另一种气动伺服弹性特性评价方法的流程示意图。
68.一些实施方式中，参考图3，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果，包括：
69.s210、获取左侧舵面的第一控制回路参数和右侧舵面的第二控制回路参数。
70.其中，左侧舵面的第一控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第二控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的。
71.s220、获取左侧舵面的第三控制回路参数和右侧舵面的第四控制回路参数。
72.其中，左侧舵面的第三控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第四控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的。
73.图4为本公开实施例提供的另一种气动伺服弹性特性评价方法中的流程示意图。
74.一些实施方式，参考图4，s210和s220可以通过以下步骤实现：
75.s310、根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第一开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第二开环传递函数。
76.图5为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价方法的控制回路示意图。
77.一些实施方式中，图5示出了飞机左侧舵面控制回路和飞机右侧舵面控制回路，其控制机制在s130中已进行说明，在此不做赘述。
78.在本实施例中，开环传递函数是指计算飞机气动伺服弹性系统开环传递函数。计算飞机气动伺服弹性系统开环传递函数时，可以将飞机左侧舵面控制回路视为一个闭环控制回路进行飞机气动伺服弹性系统开环传递函数进行拟合估计。将飞机右侧舵面控制回路视为一个闭环控制回路进行飞机气动伺服弹性系统开环传递函数进行拟合估计。
79.一些实施方式，在对称激励的情况下，将左侧升降舵的最终舵面控制指令信号作为飞机气动伺服弹性系统的输入信号，将左侧舵面的舵面初始控制指令信号作为飞机气动伺服弹性系统的输出信号。基于系统传递函数估计理论，可计算出左侧舵面控制回路对应的飞机气动伺服弹性系统开环传递函数(第一开环传递函数)。类似的，基于同样的方法可计算得出右侧舵面控制回路对应的飞机气动伺服弹性系统开环传递函数(第二开环传递函数)。
80.s320、根据输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第三开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第四开环传递函数。
81.一些实施方式，在反对称激励的情况下，将左侧升降舵的最终舵面控制指令信号作为飞机气动伺服弹性系统的输入信号，将左侧舵面的舵面初始控制指令信号作为飞机气动伺服弹性系统的输出信号。基于系统传递函数估计理论，可计算出左侧舵面控制回路对应的飞机气动伺服弹性系统开环传递函数(第三开环传递函数)。类似的，基于同样的方法可计算得出右侧舵面控制回路对应的飞机气动伺服弹性系统开环传递函数(第四开环传递函数)。
82.s330、根据第一开环传递函数和第三开环传递函数，根据预设理论算法，获取第一控制回路参数和第三控制回路参数。
83.一些实施方式中，控制回路参数包括增益裕度和相位裕度。
84.一些实施方式中，根据预设理论算法，获取第一控制回路参数和第三控制回路参数，包括：
85.根据s310和s320中得到的两个左侧舵面控制回路飞机气动伺服弹性系统开环传递函数(即第一开环传递函数和第三开环传递函数)，基于开环传递函数增益裕度和相位裕度的计算理论，可计算得到左侧舵面的两组控制回路参数，即第一控制回路参数和第三控制回路参数(也就是两组增益裕度和相位裕度)。
86.s340、根据第二开环传递函数和第四开环传递函数，根据预设理论算法，获取第二控制回路参数和第四控制回路参数。
87.根据s310和s320中得到的两个右侧舵面控制回路飞机气动伺服弹性系统开环传递函数(即第二开环传递函数和第四开环传递函数)，基于开环传递函数增益裕度和相位裕度的计算理论，可计算得到左侧舵面的两组控制回路参数，即第二控制回路参数和第四控制回路参数(也就是两组增益裕度和相位裕度)。
88.s230、确定第一控制回路参数或第三控制回路参数为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
89.一些实施方式中，确定第一控制回路参数或第三控制回路参数为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，包括：将第一控制回路参数和第三控制回路参数中增益裕度较小的一个作为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
90.例如，第一控制回路参数中增益裕度为25.46db，第三控制回路参数中增益裕度为19.45db，则可以确定第三控制回路参数作为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
91.s240、确定第二控制回路参数或第四控制回路参数为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
92.一些实施方式中，确定第二控制回路参数和第四控制回路参数为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，包括：将第二控制回路参数和第四控制回路参数中增益裕度较小的一个作为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
93.与s230中类似，例如，第二控制回路参数中增益裕度为18.72db，第四控制回路参数中增益裕度为24.37db，则可以确定第二控制回路参数作为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
94.s250、根据左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
95.一些实施方式，可以将左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果组合成为飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
96.在本技术中，通过分别获取左侧升降舵舵面和右侧升降舵舵面的控制回路的气动伺服弹性系统开环传递函数，并根据开环传递函数获取增益裕度和相位裕度。最终将左侧升降舵舵面和右侧升降舵舵面的增益裕度和相位裕度作为飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。能够准确评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性。
97.在此，通过以下实施例对气动伺服弹性特性评价方法进行进一步说明。
98.在本实施例中，多舵面耦合控制飞机的左侧和右侧升降舵既用于反馈控制飞机俯仰姿态又用于反馈控制滚转姿态，是一种典型的多舵面耦合控制电传飞机。其中，预设飞行状态为高度8000米，飞行速度600km/h。
99.当飞机保持稳定平飞后，同时向左升降舵和右升降舵注入对称激励信号，对称激励信号为正弦线性扫频信号，频率范围1hz-30hz，幅值0.6
°
时间长度30s，左、右两侧激励信号相位相同。
100.对称激励信号结束后，再同时向左升降舵和右升降舵注入反对称激励信号，反对称激励信号为正弦线性扫频信号，频率范围1hz-30hz，幅值0.6
°
时间长度30s，左、右两侧激励信号相位相反。
101.其中，根据飞机结构(平尾结构)，1hz-30hz覆盖了平尾结构的主要结构模态频率范围。
102.在输入对称激励信号和反对称激励信号的过程中，根据s130及其相关说明，获取左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
103.将左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果合并作为飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
104.在本实施例中，左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果如表1所示：
105.表1
[0106][0107]
其中，在本实施例中，计算得到的多组控制回路参数中，相位裕度均大于180
°
，未在表1中体现。
[0108]
其中，参考表1中示出的使用了本技术提供的气动伺服弹性特性评价方法得到的在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果与使用传统方法得到的结果相比，其评价结果更加细致、准确，也更加保守，能够更加准确的评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性。
[0109]
示例性实施例中，本公开实施例还提供一种气动伺服弹性特性评价装置，可以用于实现如前述实施例提供的气动伺服弹性特性评价方法。
[0110]
图6为本公开实施例提供的一种气动伺服弹性特性评价装置的组成示意图。
[0111]
如图6所示，该装置应用于多舵面耦合控制飞机，该装置包括：
[0112]
输入模块61，用于当所述飞机达到预设飞行状态时，向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号。
[0113]
记录模块62，用于记录所述飞机接收到输入的所述激励信号后，所述飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，所述第一控制指令信号为所述飞机的飞控系统输出的，所述第二控制指令信号是所述第一控制指令信号与所述激励信号叠加得到的。
[0114]
计算模块63，用于根据所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
[0115]
一些实施方式中，输入模块61，具体用于向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号。向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号。
[0116]
一些实施方式中，对称激励信号的相位相同、幅值相同或相近。反对称激励信号相位相反，幅值相同或相近。
[0117]
一些实施方式中，对称激励信号和反对称激励信号的频率范围包括覆盖左侧舵面和右侧舵面连接的飞机主翼面结构振动的模态频率。
[0118]
一些实施方式中，计算模块63，具体用于根据输入对称激励信号时的第一控制指
令信号和第二控制指令信号，以及输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
[0119]
一些实施方式中，计算模块63，具体用于获取左侧舵面的第一控制回路参数和右侧舵面的第二控制回路参数，左侧舵面的第一控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第二控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的；获取左侧舵面的第三控制回路参数和右侧舵面的第四控制回路参数，左侧舵面的第三控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，左侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的，右侧舵面的第四控制回路参数是根据在向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号时，右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号得到的；确定第一控制回路参数或第三控制回路参数为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。确定第二控制回路参数或第四控制回路参数为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。根据左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。
[0120]
一些实施方式中，控制回路参数包括增益裕度和相位裕度。
[0121]
计算模块63，具体用于将第一控制回路参数和第三控制回路参数中增益裕度较小的一个作为左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
[0122]
计算模块63，具体用于将第二控制回路参数和第四控制回路参数中增益裕度较小的一个作为右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。
[0123]
一些实施方式中，计算模块63，还用于根据输入对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第一开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第二开环传递函数。根据输入反对称激励信号时的第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取飞机左侧舵面控制回路对应的第三开环传递函数和飞机右侧舵面控制回路对应的第四开环传递函数。根据第一开环传递函数和第三开环传递函数，根据预设理论算法，获取第一控制回路参数和第三控制回路参数。根据第二开环传递函数和第四开环传递函数，根据预设理论算法，获取第二控制回路参数和第四控制回路参数。
[0124]
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
[0125]
电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如以上实施例中提供的方法。
[0126]
示例性实施例中，可读存储介质可以是存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据以上实施例中提供的方法。
[0127]
示例性实施例中，计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据以上实施例中提供的方法。
[0128]
图7示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备700的示意性框图。
[0129]
电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，车载电脑、膝上型计算机、平板
电脑、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
[0130]
如图7所示，设备700包括计算单元701，其可以根据存储在只读存储器(rom)702中的计算机程序或者从存储单元708加载到随机访问存储器(ram)703中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 703中，还可存储设备700操作所需的各种程序和数据。计算单元701、rom 702以及ram 703通过总线704彼此相连。输入/输出(i/o)接口705也连接至总线704。
[0131]
设备700中的多个部件连接至i/o接口705，包括：输入单元706，例如键盘、鼠标等；输出单元707，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元708，例如磁盘、光盘等；以及通信单元709，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元709允许设备700通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0132]
计算单元701可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元701的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元701执行上文所描述的各个方法和处理，例如页面渲染方法。例如，在一些实施例中，页面渲染方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元708。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 702和/或通信单元709而被载入和/或安装到设备700上。当计算机程序加载到ram 703并由计算单元701执行时，可以执行上文描述的页面渲染方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元701可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行气动伺服弹性特性评价方法。
[0133]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0134]
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0135]
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电
子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0136]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0137]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
[0138]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
[0139]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0140]
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

技术特征：
1.一种气动伺服弹性特性评价方法，其特征在于，应用于多舵面耦合控制飞机，所述方法包括：当所述飞机达到预设飞行状态时，向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号；记录所述飞机接收到输入的所述激励信号后，所述飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，所述第一控制指令信号为所述飞机的飞控系统输出的，所述第二控制指令信号是所述第一控制指令信号与所述激励信号叠加得到的；根据所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号，包括：向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入对称激励信号；向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入反对称激励信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对称激励信号的相位相同、幅值相同或相近；所述反对称激励信号相位相反，幅值相同或相近。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对称激励信号和所述反对称激励信号的频率范围包括覆盖所述左侧舵面和所述右侧舵面连接的飞机主翼面结构振动的模态频率。5.根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果，包括：根据输入所述对称激励信号时的所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，以及输入所述反对称激励信号时的所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果，包括：获取所述左侧舵面的第一控制回路参数和所述右侧舵面的第二控制回路参数，所述左侧舵面的第一控制回路参数是根据在向所述飞机的所述左侧舵面和所述右侧舵面同时输入所述对称激励信号时，所述左侧舵面接收到的所述第一控制指令信号和所述第二控制指令信号得到的，所述右侧舵面的第二控制回路参数是根据在向所述飞机的所述左侧舵面和所述右侧舵面同时输入所述对称激励信号时，所述右侧舵面接收到的所述第一控制指令信号和所述第二控制指令信号得到的；获取所述左侧舵面的第三控制回路参数和所述右侧舵面的第四控制回路参数，所述左侧舵面的第三控制回路参数是根据在向所述飞机的所述左侧舵面和所述右侧舵面同时输入所述反对称激励信号时，所述左侧舵面接收到的所述第一控制指令信号和所述第二控制指令信号得到的，所述右侧舵面的第四控制回路参数是根据在向所述飞机的所述左侧舵面和所述右侧舵面同时输入所述反对称激励信号时，所述右侧舵面接收到的所述第一控制指令信号和所述第二控制指令信号得到的；
确定所述第一控制回路参数或所述第三控制回路参数为所述左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果；确定所述第二控制回路参数或所述第四控制回路参数为所述右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果；根据所述左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果和所述右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制回路参数包括增益裕度和相位裕度；所述确定所述第一控制回路参数或所述第三控制回路参数为所述左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，包括：将所述第一控制回路参数和所述第三控制回路参数中增益裕度较小的一个作为所述左侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果；所述确定所述第二控制回路参数或所述第四控制回路参数为所述右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果，包括：将所述第二控制回路参数和所述第四控制回路参数中增益裕度较小的一个作为所述右侧舵面的控制回路的气动伺服弹性特性评价结果。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:根据输入所述对称激励信号时的所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取所述飞机左侧舵面控制回路对应的第一开环传递函数和所述飞机右侧舵面控制回路对应的第二开环传递函数；根据输入所述反对称激励信号时的所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，获取所述飞机左侧舵面控制回路对应的第三开环传递函数和所述飞机右侧舵面控制回路对应的第四开环传递函数；根据所述第一开环传递函数和所述第三开环传递函数，根据预设理论算法，获取所述第一控制回路参数和所述第三控制回路参数；根据所述第二开环传递函数和所述第四开环传递函数，根据预设理论算法，获取所述第二控制回路参数和所述第四控制回路参数。9.一种气动伺服弹性特性评价装置，其特征在于，应用于多舵面耦合控制飞机，所述装置包括：输入模块，用于当所述飞机达到预设飞行状态时，向所述飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号；记录模块，用于记录所述飞机接收到输入的所述激励信号后，所述飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，所述第一控制指令信号为所述飞机的飞控系统输出的，所述第二控制指令信号是所述第一控制指令信号与所述激励信号叠加得到的；计算模块，用于根据所述第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到所述飞机在所述预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。10.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-8任一项所述的方法。11.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-8任一项所述的方法。

技术总结
本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种气动伺服弹性特性评价方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：当飞机达到预设飞行状态时，向飞机的左侧舵面和右侧舵面同时输入激励信号。记录飞机接收到输入的激励信号后，飞机的左侧舵面和右侧舵面接收到的第一控制指令信号和第二控制指令信号，第一控制指令信号为飞机的飞控系统输出的，第二控制指令信号是第一控制指令信号与激励信号叠加得到的。根据第一控制指令信号和第二控制指令信号，计算得到飞机在预设飞行状态时的气动伺服弹性特性评价结果。通过该方法可以准确评价多舵面耦合控制飞机的气动伺服弹性特性。的气动伺服弹性特性。的气动伺服弹性特性。


技术研发人员：朱江辉 雷鸣 樊征兵 俱利锋 寇宝智 张迪
受保护的技术使用者：中国飞行试验研究院
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/12