CN102991664B - 系留热气飞艇自动控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种系留热气飞艇自动控制方法，包括：1）设定系留热气飞艇的囊内温度门限值、初始加热时间t1、加热时间间隔、预定高度值h1和目标温度值T1；2）判断系留热气飞艇的囊内温度T2是否超过温度门限值，如超过则关闭加热器并发出报警信号，未超过则进入后续步骤；3）判断加热器的一个加热周期是否结束，如未结束，则返回其他任务，结束则进入后续步骤；4）判断系留热气飞艇的高度差△h是否在±100以内，高度差△h=h2-h1，h2为系留热气飞艇的实际高度，如果高度差△h在±100以内则进入后续步骤，如超过±100则改变加热器的加热时间t=t1-x1*△h/50，并重复步骤2）~4）；5）计算系留热气飞艇的囊内温度差值△T=T2-T1，改变加热器的加热时间t=t1-x2*?△T/5?，并重复步骤2）~5）。

Description

系留热气飞艇自动控制方法
技术领域
本发明属于浮空器领域，具体地指一种用于高度控制的系留热气飞艇自动控制方法。
背景技术
目前，在浮空器领域，自主导航飞行控制在自由飞氦气飞艇的应用上较为广泛和全面，且发展程度比较深，而在热气球及热气飞艇等依靠热空气提供升力的飞行器上面，自主导航飞行控制的研究和应用仍处于空白。同时，同为系留飞行器的系留氦气飞艇由于能够始终保持充足的净升力，除在收放阶段需要人工控制外，其在留空过程中无需对飞行实施控制，只需时刻保持对飞艇各项状态的监测即可，与系留热气飞艇具有很大区分。
一方面，自由飞氦气飞艇一般具有可变尾翼，和多数的固定翼飞行器一样，可以通过调节翼面状态进行飞行高度及方向的控制，而系留热气飞艇的尾翼是固定形状的气囊，起的是对风的方向调节作用，因此系留热气飞艇在飞行控制上主要是依靠对加热器的操作达到对飞行高度的控制。控制加热器的操作方式即控制其单次加热时间和两次加热的间隔时间，目前存在基准加热频率不确定和飞行控制响应慢等难点。另一方面，由于系留热气飞艇的飞行高度上限已经由系留缆绳限定，这与自由飞氦气飞艇完全不同。所以很难借鉴自由飞氦气飞艇的控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种系留热气飞艇自动控制方法，能够实现系留热气飞艇飞行高度的自动闭环控制，在保持系留热气飞艇具备充足热气升力的前提下，避免加热器过快或过长的加热导致燃料的浪费或囊内温度过高造成事故。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种系留热气飞艇自动控制方法，包括如下步骤：
1)设定系留热气飞艇的囊内温度门限值、初始加热时间t1、加热时间间隔、预定高度值h1和目标温度值T1；
2)判断系留热气飞艇的囊内温度T2是否超过温度门限值，如超过，则关闭加热器并发出报警信号，未超过温度门限值则进入后续步骤；
3)判断加热器的一个加热周期是否结束，如未结束，则返回其他任务，结束则进入后续步骤，所述一个加热周期为持续一次加热和一次加热时间间隔；
4)判断系留热气飞艇的高度差△h是否在±100以内，高度差△h＝h2－h1，h2为系留热气飞艇的实际高度，如果高度差△h在±100以内，则进入后续步骤，如果高度差△h超过±100范围，则改变加热器的加热时间t＝t1－x1*△h/50，并重复步骤2)～4)；
5)计算系留热气飞艇的囊内温度差值△T＝T2－T1改变加热器的加热时间t＝t1－x2*(△T/5)，并重复步骤2)～5)。
上述技术方案的所述步骤1)中，囊内温度门限值为120℃。
上述技术方案的所述步骤1)中，初始加热时间t1为2～8s。
上述技术方案的所述步骤1)中，目标温度值T1为环境温度+80℃，且不超过囊内温度门限值。
上述技术方案的所述步骤2)中，采集系留热气飞艇的囊内多处温度值取平均值，作为系留热气飞艇的囊内温度T2。
上述技术方案的所述步骤4)中，x1取1～2。
上述技术方案的所述步骤5)中，x2取1～2。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够通过人工设定基准参数和结合传感器测得的与加热器动作有关的状态参数进行自动计算和处理，对加热器的加热时间进行修改，实现成对加热器的控制，实现了系留热气飞艇飞行高度的自动闭环控制，在保持系留热气飞艇具备充足热气升力的前提下，避免了加热器过快或过长的加热导致燃料的浪费或囊内温度过高造成事故。
附图说明
图1为本发明一个实施例的方法流程图。
图2为图1方法中一种温度传感器的布置方式示意图。
图中：1～5—温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图和某系留热气飞艇的一次飞行对本发明的具体实施例及原理作进一步的详细描述。
1)如图1所示，该实施例中，进入加热程序后，由于系留热气飞艇受加热燃料的限制，飞行时间为数小时，所以每次留空飞行在切换至自控模式前，由操作人员遥控系留热气飞艇，经过数分钟的留空飞行后确定基准参数，包括囊内温度门限值、初始加热时间t1、加热时间间隔、预定高度值h1和目标温度值T1。本实施例中，设定的温度门限值为120℃，初始的每次加热时间t1设定为4s，加热时间间隔为8s，预定高度值h1根据飞行需要设定，目标温度值T1则取环境温度+80℃，且不超过120℃。上述参数中，由于加热时间t1和目标温度值T1受环境温度、风速、气流等气象环境的影响比较大，所以是自动控制中主要考虑和调节的因素；
2)飞行过程中，系留热气飞艇的囊内温度不能超过温度门限值120℃，该值是根据多次飞行试验数据及艇囊材料安全温度范围确定的，对热气飞艇的安全飞行至关重要。所以需判断系留热气飞艇的囊内温度T2是否超过温度门限值，如超过，则关闭加热器并发出报警信号，未超过温度门限值则进入后续步骤。如图2所示，为确保囊内温度T2的准确取值，在艇囊上设有多个温度传感器1～5，将采集到的多处温度值做中间值(舍弃最高和最低值)平均处理，作为系留热气飞艇的囊内温度T2；
3)为保证加热器操作控制不出现混乱，自控系统必须在执行完一个完整的加热周期(持续一次加热和一次加热时间间隔)后方能根据改变后的加热参数进入下一加热周期，故需判断加热器的一个加热周期是否结束，如未结束，则返回其他任务，结束则进入后续步骤；
4)判断系留热气飞艇的高度差△h是否在±100以内，高度差△h＝h2－h1，h2为系留热气飞艇的实际高度，如果高度差△h在±100以内，则进入后续步骤，如果高度差△h超过±100范围，则改变加热器的加热时间t＝t1－x1*△h/50，此处x1取1，并重复步骤2)～4)；
5)计算系留热气飞艇的囊内温度差值△T＝T2－T1，改变加热器的加热时间t＝t1－x2*(△T/5)，并重复步骤2)～5)，实现对系留热气飞艇飞行高度的自动控制。
本发明的核心在于确定了仅对系留热气飞艇加热器的加热时间进行修改即可便于实现其高度的控制，并通过设定人工设定基准参数、结合测得的与加热器动作有关的状态参数进行自动计算和处理，对加热器的加热时间进行修改，实现成对加热器的控制，进而实现了系留热气飞艇飞行高度的自动闭环控制，所以其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：各基准参数的设定不限于实施例中的具体取值，而可根据实际情况在一定范围内进行调整等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (8)

1.一种系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
1)设定系留热气飞艇的囊内温度门限值、初始加热时间t1、加热时间间隔、预定高度值h1和目标温度值T1；
2)判断系留热气飞艇的囊内温度T2是否超过温度门限值，如超过，则关闭加热器并发出报警信号，未超过温度门限值则进入后续步骤；
3)判断加热器的一个加热周期是否结束，如未结束，则返回其他任务，结束则进入后续步骤，所述一个加热周期为持续一次加热和一次加热时间间隔；
4)判断系留热气飞艇的高度差△h是否在±100以内，高度差△h＝h2－h1，h2为系留热气飞艇的实际高度，如果高度差△h在±100以内，则进入后续步骤，如果高度差△h超过±100范围，则改变加热器的加热时间t＝t1－x1*△h/50，并重复步骤2)～4)；
5)计算系留热气飞艇的囊内温度差值△T＝T2－T1，改变加热器的加热时间t＝t1－x2*(△T/5)，并重复步骤2)～5)。
2.根据权利要求1所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，囊内温度门限值为120℃。
3.根据权利要求1所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，初始加热时间t1为2～8s。
4.根据权利要求1所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，目标温度值T1为环境温度+80℃，且不超过囊内温度门限值。
5.根据权利要求1所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，采集系留热气飞艇的囊内多处温度值取平均值，作为系留热气飞艇的囊内温度T2。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，x1取1～2。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤5)中，x2取1～2。
8.根据权利要求6所述的系留热气飞艇自动控制方法，其特征在于：所述步骤5)中，x2取1～2。
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