CN104571127A - 无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，包括如下具体步骤：(1)根据无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度；根据无人直升机的前飞速度v_x，确定当前垂向速度v_z的最大、最小值；(3)若v_z超限，即当或则取或重新计算v_x；(4)根据得到的前飞速度v_x和垂向速度v_z，分别进行速度闭环控制；(5)高度异常调整；本发明控制方法根据两个航点以及无人直升机当前的位置、高度信息，实时计算无人直升机的前飞速度和垂直速度；本方法主要应用于无人直升机探测所巡高压线路的输电线、铁塔、废弃电线杆、高架天线、树林、山脉和丘陵，实现无人直升机在复杂条件下的巡线作业。

Description

无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法。

背景技术

正当世界上一些发达国家积极投入无人驾驶直升机研制时，中国的航空工业者也在埋头苦干，研制着自己的无人直升机。1993年9月29日，中国第一架共轴式双旋翼无人驾驶直升机“海鸥”号首飞成功，标志着我国已经攻破了相应的一系列技术难关。据报道，“海鸥”总重量300公斤，发动机功率58.8千瓦。机上有飞控导航系统和遥测系统，可以自主飞行或遥控飞行。这种直升机也可用于军事，在战场侦察、探测等方面发挥特殊作用。

一般无人直升机在巡线过程中，前飞速度和垂向速度为独立控制通道。当两个航点之间Δh/Δl较小时，无人直升机将先爬升至目标航点高度，再平飞；但是，当两个航点之间Δh/Δl较大时，无人直升机将先到达目标航点水平位置，但是不能达到目标航点高度。这样一来，无人直升机在某些情况下将无法完成巡线任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，本发明方法根据两个航点、无人直升机当前的位置和高度信息，实时计算无人直升机的前飞速度和垂直速度，从而实现无人直升机顺利爬升至第二个航点高度，完成此类航路的巡线，从而实现了无人直升机对于距离短但高度差较大的航路巡线作业。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，包括如下具体步骤：

(1)根据无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度为v_x，其中，两个航点之间的水平位置差为Δl，垂直高度差为Δh；

(2)根据无人直升机的前飞速度v_x，确定当前垂向速度v_z的最大、最小值，根据可计算出与当前前飞速度v_x相匹配的垂向速度v_z；

(3)计算与当前前飞速度v_x相匹配的垂向速度v_z，但不能超出最大、最小垂向速度的限制，其中：

若v_z超限，即当 $v_z<V_{Z_{\min }},$ 或 $v_z>V_{Z_{\max }},$ 则取 $v_z=V_{Z_{\min }}$ 或 $v_z=V_{Z_{\max }},$ 此时需要根据 $\frac{{\mathrm{\&Delta;l}}_h}{{\mathrm{\&Delta;h}}_h}=\frac{v_x}{v_z}$ 以及当前v_z，重新计算v_x，其中，无人直升机与目标航点之间的水平位置差为Δl_h，垂直高度差为Δh_h；

(4)根据得到的前飞速度v_x和垂向速度v_z，分别进行速度闭环控制；

(5)高度异常调整：当高度设定值与实际飞行高度的偏差大于8m时，进入高度异常调整模式，将前飞速度的设定值限制为0-0.5m/s，无人直升机中断当前的巡线飞行，垂向纠正高度误差；在高度偏差为0-2m时，恢复正常巡线。

本发明进一步限定的技术方案是：

无人直升机当前位置与目标航点的距离与前飞速度v_x的关系为：

距离大于2000m时，前飞速度v_x为20m/s；

距离为800-2000m时，前飞速度v_x为15m/s；

距离为200-800m时，前飞速度v_x为7m/s；

距离为50-200m时，前飞速度v_x为3m/s；

距离小于0-50m时，前飞速度v_x为2m/s。

本发明的有益效果是：

本发明设计的飞行控制方法，可根据两个航点以及无人直升机当前的位置、高度信息，实时计算出一组相互匹配的前飞速度和垂直速度，从而实现无人直升机顺利爬升至目标航点高度，完成此类航路的巡线；且前飞速度指令由飞控程序根据无人直升机当前位置与目标航点的距离自动控制，不受外界干预；巡线过程中，前飞速度和垂直速度实现匹配控制，从而实现了无人直升机对于距离短但高度差较大的航路巡线作业。

附图说明

图1是本发明的无人直升机与目标航点的巡线示意图；

图2是本发明的无人直升机前飞速度/垂向速度匹配的巡线示意图；

图3是本发明的无人直升机前飞速度/垂向速度匹配的巡线控制流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，结构如图1、图2以及图3所示，包括如下具体步骤：

(1)根据表1，将无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度v_x为7.0m/s，其中，两个航点之间的水平位置差Δl为400m，垂直高度差Δh为300m；

(2)根据无人直升机的前飞速度v_x，确定当前垂向速度v_z的最大、最小值，根据可计算出与当前前飞速度v_x相匹配的垂向速度v_z为5.25m/s；

(3)计算与当前前飞速度v_x相匹配的垂向速度v_z，但不能超出最大、最小垂向速度的限制，v_z超限，即则取此时根据以及当前v_z，重新计算v_x为1.03m/s，此时，无人直升机与目标航点之间的水平位置差Δl_h为320m，垂直高度差Δh_h为280m；

(4)根据得到的前飞速度v_x和垂向速度v_z，分别进行速度闭环控制；

(5)高度异常调整：当高度设定值与实际飞行高度的偏差大于8m时，进入高度异常调整模式，将前飞速度的设定值限制为0.2m/s，无人直升机中断当前的巡线飞行，垂向纠正高度误差；在高度偏差为1m时，恢复正常巡线。

表1

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

(1)根据无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度为v_x，其中，两个航点之间的水平位置差为Δl，垂直高度差为Δh；

(2)根据无人直升机的前飞速度v_x，确定当前垂向速度v_z的最大、最小值，根据可计算出与当前前飞速度v_x相匹配的垂向速度v_z；

(3)计算与当前前飞速度v_x相匹配的垂向速度v_z，但不能超出最大、最小垂向速度的限制，其中：

若v_z超限，即当 $v_z<V_{Z_{\min }},$ 或 $v_z>V_{Z_{\max }},$ 则取 $v_z=V_{Z_{\min }}$ 或 $v_z=V_{Z_{\max }},$ 此时需要根据 $\frac{\mathrm{\&Delta;}{l}_h}{\mathrm{\&Delta;}{h}_h}=\frac{v_x}{v_z}$ 以及当前v_z，重新计算v_x，其中，无人直升机与目标航点之间的水平位置差为Δl_h，垂直高度差为Δh_h；

(4)根据得到的前飞速度v_x和垂向速度v_z，分别进行速度闭环控制；

(5)高度异常调整：当高度设定值与实际飞行高度的偏差大于8m时，进入高度异常调整模式，将前飞速度的设定值限制为0-0.5m/s，无人直升机中断当前的巡线飞行，垂向纠正高度误差；在高度偏差为0-2m时，恢复正常巡线。

2.根据权利要求1所述的无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，其特征在于，所述无人直升机当前位置与目标航点的距离与前飞速度v_x的关系为：

距离大于2000m时，前飞速度v_x为20m/s；

距离为800-2000m时，前飞速度v_x为15m/s；

距离为200-800m时，前飞速度v_x为7m/s；

距离为50-200m时，前飞速度v_x为3m/s；

距离小于0-50m时，前飞速度v_x为2m/s。