CN108205321B - 滑跑纠偏控制方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及飞行器控制技术领域，提供一种滑跑纠偏控制方法及相关装置，无人机沿跑道滑跑过程中，当无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取无人机的飞行状态量，再将飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到第一动力系统和第二动力系统之间的差动控制量；最后将差动控制量分配至第一动力系统和第二动力系统，使无人机的滑跑路径对准跑道中心线实现滑跑纠偏。与现有技术相比，本发明实施例可以仅通过第一动力系统与第二动力系统的差动控制量来控制无人机的滑跑路径对准跑道中心线，实现基于直接力控制的无人机的滑跑纠偏控制。

Description

滑跑纠偏控制方法及相关装置

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，具体而言，涉及一种滑跑纠偏控制方法及相关装置。

背景技术

目前，大部分以地面滑跑作为自主起降方式的无人机，其采用的控制思路是利用前轮转向进行滑跑纠偏。前轮纠偏的控制方式在低速阶段可对无人机进行有效的纠偏控制，但在高速阶段，飞机升力增加，机轮对地面的压力减小，静摩擦力减小，使前轮转向的纠偏效能减小，出现机身在跑道中心线两侧晃动的现象，即“画龙”现象。基于以上缺陷，通常采用前轮和方向舵进行联合纠偏的控制方式来改善无人机高速阶段的晃动现象。但是，基于直接力控制的无人机，如通过左右动力系统差动进行航向控制的无人机，由于没有转向轮，故无法采用上述的地面滑跑控制方法。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种滑跑纠偏控制方法及相关装置，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种滑跑纠偏控制方法，应用于无人机，所述无人机具有第一动力系统和第二动力系统，所述方法包括：当所述无人机沿跑道滑跑且所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取所述无人机的飞行状态量，其中，所述飞行状态量包括所述无人机的当前飞行参数、以及与所述跑道中心线之间的偏差；将所述飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，所述差动控制量是所述第一动力系统和所述第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使所述无人机的滑跑路径对准跑道中心线；按照控制分配策略，将所述差动控制量分配至所述第一动力系统和所述第二动力系统，实现所述无人机的滑跑纠偏。

第二方面，本发明实施例还提供了一种滑跑纠偏控制装置，应用于无人机，所述无人机具有第一动力系统和第二动力系统，所述装置包括飞行状态量获取模块、差动控制量获得模块及差动控制量分配模块。其中，飞行状态量获取模块用于当所述无人机沿跑道滑跑且所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取所述无人机的飞行状态量，其中，所述飞行状态量包括所述无人机的当前飞行参数、以及与所述跑道中心线之间的偏差；差动控制量获得模块用于将所述飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，所述差动控制量是所述第一动力系统和所述第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使所述无人机的滑跑路径对准跑道中心线；差动控制量分配模块用于按照控制分配策略，将所述差动控制量分配至所述第一动力系统和所述第二动力系统，实现所述无人机的滑跑纠偏。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机，所述无人机包括第一动力系统和第二动力系统，所述无人机还包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上述的滑跑纠偏控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述滑跑纠偏控制方法。

相对现有技术，本发明实施例提供的一种滑跑纠偏控制方法及相关装置，无人机沿跑道滑跑过程中，当无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，首先获取无人机的飞行状态量，然后，将飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到第一动力系统和第二动力系统之间的差动控制量；最后，将差动控制量分配至第一动力系统和第二动力系统，使无人机的滑跑路径对准跑道中心线，实现无人机的滑跑纠偏。与现有技术相比，本发明实施例可以仅通过第一动力系统与第二动力系统的差动控制量来控制无人机的滑跑路径对准跑道中心线，实现基于直接力控制的无人机的滑跑纠偏控制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的无人机的方框示意图。

图2示出了本发明实施例提供的滑跑纠偏控制方法流程图。

图3为图2示出的步骤S102的子步骤流程图。

图4为图3示出的子步骤S1021的子步骤流程图。

图5为图3示出的子步骤S1022的子步骤流程图。

图6为图2示出的步骤S103的子步骤流程图。

图7示出了本发明实施例提供的滑跑纠偏控制装置的方框示意图。

图标：100-无人机；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-位置信息采集模块；106-第一动力系统；107-第二动力系统；200-滑跑纠偏控制装置；201-飞行状态量获取模块；202-差动控制量获得模块；203-差动控制量分配模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的无人机100的方框示意图。无人机100可以是，但不限于固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机、伞翼无人机、扑翼无人机和无人飞船等等，在本发明实施例中，无人机100可以是具有左右分布式动力系统的无人机，或者无副翼、无方向舵的欠驱动固定翼无人机。所述无人机100包括自动驾驶仪，自动驾驶仪上设置有滑跑纠偏控制装置200、存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104及位置信息采集模块105，同时，无人机100上设置有第一动力系统106和第二动力系统107。

所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、位置信息采集模块105、第一动力系统106和第二动力系统107各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述滑跑纠偏控制装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述无人机100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述滑跑纠偏控制装置200包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序。

处理器103可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)、语音处理器以及视频处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。

外设接口104用于将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104、处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

位置信息采集模块105与处理器103电性连接，位置信息采集模块105用于在无人机100沿跑道滑跑的过程中，实时采集无人机100的位置信息并将该位置信息发送至处理器103，以使处理器103将该位置信息与预先存储于存储器101中的跑道中心线信息进行对比，若该位置信息与跑道中心线信息不一致，则判定无人机100的滑跑路径偏离跑道中心线。在本发明实施例中，位置信息采集模块105可以是，但不限于GPS定位装置。

第一动力系统106和第二动力系统107均与处理器103电性连接，且第一动力系统106设置于无人机100的第一方向，第二动力系统107设置于无人机100的第二方向，第一动力系统106和第二动力系统107之间的动力差可以产生航向差动力矩使无人机100的滑跑路径对准跑道中心线。在本发明实施例中，第一方向和第二方向为相对的两个方向，例如左右，当第一动力系统106的动力大于第二动力系统107的动力时，产生第二方向的航向差动力矩，无人机100的滑跑路径偏离跑道中心线且向第二方向滑跑；当第二动力系统107的动力大于第一动力系统106的动力时，产生第一方向的航向差动力矩，无人机100的滑跑路径对准跑道中心线且向第一方向滑跑。

在本发明实施例中，第一动力系统106和第二动力系统107可以是前拉式动力，也可以是后推式动力，且第一动力系统106和第二动力系统107分别至少有一个发动机，也就是说，无人机100包括至少一个第一动力系统106和至少一个第二动力系统107。

第一实施例

请参照图2，图2示出了本发明实施例提供的滑跑纠偏控制方法流程图。滑跑纠偏控制方法包括以下步骤：

步骤S101，当无人机沿跑道滑跑且无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取无人机的飞行状态量，其中，飞行状态量包括无人机的当前飞行参数、以及无人机与跑道中心线之间的偏差。

在本发明实施例中，飞行状态量包括无人机100的当前飞行参数、以及无人机100与跑道中心线之间的偏差，当前飞行参数可以包括无人机100的侧向加速度、侧向速度测量值和航向速率测量值，侧向加速度可以通过无人机100上的加速度传感器获得，侧向速度测量值和航向速率测量值可以通过无人机100上的速度传感器获得。无人机100与跑道中心线之间的偏差包括无人机100与跑道中心线之间的侧向偏矩和航向角度差，其可以通过对比位置信息采集模块105采集的无人机100的位置信息与预先存储于存储器101中的跑道中心线信息得到。预存的跑道中心线信息可以包括跑道中心线的大地坐标及在大地坐标系下的航向角度，侧向偏矩可以是无人机100的当前位置与跑道中心线之间的横向偏移距离，航向角度差可以是无人机100的当前速度航向角与跑道中心线之间的角度差。

步骤S102，将飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，差动控制量是第一动力系统和第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使无人机的滑跑路径对准跑道中心线。

在本发明实施例中，如果第一动力系统106和第二动力系统107对称分布且分布位置一致，则当无人机100的第一动力系统106的动力大于第二动力系统107的动力时，该无人机100产生第二方向的航向差动力矩，无人机100的机头对准跑道中心线且向第二方向滑跑；当无人机100的第二动力系统107的动力大于第一动力系统106的动力时，该无人机100产生第一方向的航向差动力矩，无人机100的机头对准跑道中心线且向第一方向滑跑。如果第一动力系统106和第二动力系统107的分布位置不一致，则当无人机100的第一动力系统106的动力与等效力臂的乘积大于第二动力系统107的动力与等效力臂的乘积时，该无人机100产生第二方向的航向差动力矩，无人机100的机头对准跑道中心线且向第二方向滑跑；当无人机100的第二动力系统107的动力与等效力臂的乘积大于第一动力系统106的动力与等效力臂的乘积时，该无人机100产生第一方向的航向差动力矩，无人机100的机头对准跑道中心线且向第一方向滑跑。

在本发明实施例中，预设的滑跑控制系统可以包括第一控制回路和第二控制回路，将飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量可以包括以下步骤：

第一，将侧向偏矩、航向角度差、侧向加速度和侧向速度测量值输入第一控制回路，得到航向速率控制量。作为一种实施方式，第一控制回路可以包括偏矩控制项、角度差控制项和阻尼控制项，航向速率控制量的求取过程可以包括：

1)、将侧向偏矩输入偏矩控制项，得到用于消除无人机100与跑道中心线的横向偏差的第一航向速率控制指令，偏矩控制项包括第一控制器和第二控制器。第一控制器可以是，但不限于比例控制器、PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制器等，若第一控制器确定为比例控制器，则第一控制器通过对侧向偏矩进行比例控制产生侧向速度指令，其控制逻辑可以利用公式(1)表示：

V_ycmd＝K_pΔL (1)

其中，K_p为比例系数，ΔL为侧向偏矩，V_ycmd为侧向速度指令。

得到侧向速度指令之后，将侧向速度指令和侧向速度测量值输入第二控制器，第二控制器可以是，但不限于PI(Proportion Integration，比例积分)控制器、PD(ProportionDifferentiation，比例微分)控制器、PID控制器等，若第二控制器确定为PID控制器，则第二控制器通过对侧向速度指令和侧向速度测量值之间的偏差进行PID控制产生用于消除无人机100与跑道中心线的侧向偏矩的第一航向速率控制指令，其控制逻辑可以利用公式(2)表示：

其中，K_p1、K_i1和K_d1分别为比例常数、积分时间常数和微分时间常数，r_{cmd_vy}为第一航向速率控制指令，V_y为侧向速度测量值，第一航向速率控制指令可以消除无人机100与跑道中心线的侧向偏矩。

2)、将航向角度差输入角度差控制项进行控制，得到用于消除无人机100与跑道中心线的航向角度差的第二航向速率控制指令，角度差控制项可以是PID控制器，其控制逻辑可以利用公式(3)表示：

其中，K_p2、K_i2和K_d2分别为比例常数、积分时间常数和微分时间常数，r_{cmd_χ}为第二航向速率控制指令，Δχ为航向角度差，第二航向速率控制指令可以消除无人机100与跑道中心线的航向角度差，使无人机100对准跑道中心线。

3)、将侧向加速度的前馈控制设置为阻尼控制项，得到用于增加滑跑控制系统的阻尼特性的第三航向速率控制指令，其控制逻辑可以利用公式(4)表示：

r_{cmd_damp}＝-K_p3A_y (4)

其中，r_{cmd_damp}为第三航向速率控制指令，A_y为侧向加速度，K_p3为前馈系数，K_p3可以灵活设置，第三航向速率控制指令可以提高滑跑控制系统的抗扰动能力，增强滑跑控制系统的阻尼特性。

4)、对第一航向速率控制指令r_{cmd_vy}、第二航向速率控制指令r_{cmd_χ}和第三航向速率控制指令r_{cmd_damp}求和，得到航向速率控制指令和r_cmd，这一过程可以利用公式(5)表示：

r_cmd＝r_{cmd_vy}+r_{cmd_χ}+r_{cmd_damp} (5)

得到航向速率控制指令和r_cmd之后，对航向速率控制指令和r_cmd进行限幅处理，得到无人机100的滑跑纠偏过程的航向速率控制量r_cnd，

第二，将航向速率控制量r_cnd和航向速率测量值输入第二控制回路，得到差动控制量。作为一种实施方式，通过设置第二控制回路为滑跑控制系统中偏矩控制项、角度差控制项和阻尼控制项的内回路，对无人机100的航向速率进行控制，第二控制回路可以包括第三控制器，则差动控制量的求取过程可以包括：

1)、将航向速率控制量r_cnd和航向速率测量值输入第三控制器，第三控制器依据航向速率控制量r_cmd和航向速率测量值之间的偏差，输出角加速度控制量，第三控制器可以是PID控制器，其控制逻辑可以利用公式(6)表示：

其中，

为角加速度控制量，r为航向速率测量值，通过将航向速率控制量r_cmd和航向速率测量值r的偏差调节为零，使航向速率测量值r跟踪航向速率控制量r_cmd；通过引入积分环节以消除滑跑控制系统的稳态偏差，并对积分信号限幅以降低其控制权限，有助于避免滑跑控制系统产生较大的超调；通过引入微分环节加快滑跑控制系统对航向速率控制量r_cmd的跟踪速度。

2)、得到角加速度控制量之后，采用动态逆控制方法将角加速度控制量和无人机100的动态逆增益进行结合，得到差动控制量，其控制逻辑可以利用公式(7)表示：

其中，δ_cmd为差动控制量，δ_eff为动态逆增益。动态逆增益可以是滑跑控制系统单位差动量带来的无人机100偏航角加速度的变化量，作为一种实施方式，动态逆增益可以通过估算或测量滑跑控制系统单位差动量带来的航向超动力矩N，然后结合无人机100的Z轴转动惯量I_z获得，其表达式如下式(8)：

需要说明的是，利用上述方法得到差动控制量δ_cmd之后，由于无人机100的第一动力系统106和第二动力系统107不仅需要提供航向差动力矩进行航向的控制，还需要为无人机100提供前进动力，使无人机100加速达到离地起飞速度，因此需要对差动控制量δ_cmd进行限幅处理，限幅处理的幅值由无人机100的动力特性及气动特性共同决定。

请参照图3，步骤S102可以包括以下子步骤：

子步骤S1021，将侧向偏距、航向角度差、侧向加速度和侧向速度测量值输入第一控制回路，得到航向速率控制量。

在本发明实施例中，第一控制回路可以包括偏矩控制项、角度差控制项和阻尼控制项，换句话说，将侧向偏矩输入偏矩控制项，得到用于消除无人机100与跑道中心线的横向偏差的第一航向速率控制指令；将航向角度差输入角度差控制项进行控制，得到用于消除无人机100与跑道中心线的航向角度差的第二航向速率控制指令；将侧向加速度的前馈控制设置为阻尼控制项，得到用于增加滑跑控制系统的阻尼特性的第三航向速率控制指令；最后，对第一航向速率控制指令r_{cmd_vy}、第二航向速率控制指令r_{cmd_χ}和第三航向速率控制指令r_{cmd_damp}求和并进行限幅，得到航向速率控制量r_cnd。

请参照图4，子步骤S1021可以包括以下子步骤：

子步骤S10211，将侧向偏矩输入偏矩控制项，得到用于消除侧向偏矩的第一航向速率控制指令。

在本发明实施例中，侧向偏矩可以是无人机100与跑道中心线的横向偏差。偏矩控制项包括第一控制器和第二控制器，作为一种实施方式，第一控制器可以是比例控制器，第二控制器可以是PID控制器，也就是说，首先，第一控制器对侧向偏矩进行比例控制V_ycmd＝K_pΔL产生侧向速度指令V_ycmd；然后，利用第二控制器对侧向速度指令和侧向速度测量值之间的偏差进行PID控制

产生用于消除无人机100与跑道中心线的侧向偏矩的第一航向速率控制指令r_{cmd_vy}。

子步骤S10212，将航向角度差输入角度差控制项进行控制，得到用于消除航向角度差的第二航向速率控制指令。

在本发明实施例中，航向角度差Δχ可以是无人机100的速度航向角与跑道中心线的角度差。作为一种实施方式，角度差控制项可以是PID控制器，也就是说，通过将航向角度差Δχ输入角度差控制项进行PID控制

得到用于消除无人机100与跑道中心线的航向角度差的第二航向速率控制指令r_{cmd_χ}。

子步骤S10213，将侧向加速度的前馈控制设置为阻尼控制项，得到用于增加滑跑控制系统的阻尼特性的第三航向速率控制指令。

在本发明实施例中，滑跑控制系统的阻尼控制项可以通过增加侧向加速度前馈控制，产生第三航向速率控制指令r_{cmd_damp}，其控制逻辑为r_{cmd_damp}＝-K_p3A_y。

子步骤S10214，根据第一航向速率控制指令、第二航向速率控制指令和第三航向速率控制指令，得到航向速率控制量。

在本发明实施例中，航向速率控制量r_cnd是对第一航向速率控制指令r_{cmd_vy}、第二航向速率控制指令r_{cmd_χ}和第三航向速率控制指令r_{cmd_damp}求和并进行限幅后得到的。

子步骤S1022，将航向速率控制量和航向速率测量值输入第二控制回路，第二控制回路依据航向速率控制量和航向速率测量值之间的偏差，得到差动控制量。

在本发明实施例中，通过设置第二控制回路为滑跑控制系统中偏矩控制项、角度差控制项和阻尼控制项的内回路，对无人机100的航向速率进行控制。作为一种实施方式，航向速率的控制可以采用PID结构，通过将航向速率控制量r_cmd和航向速率测量值r的偏差调节为零，使航向速率测量值r跟踪航向速率控制量r_cmd；通过引入积分环节以消除滑跑控制系统的稳态偏差，并对积分信号限幅以降低其控制权限，有助于避免滑跑控制系统产生较大的超调；通过引入微分环节加快滑跑控制系统对航向速率控制量r_cmd的跟踪速度，具体控制逻辑为

请参照图5，子步骤S1022可以包括以下子步骤：

子步骤S10221，将航向速率控制量和航向速率测量值输入第三控制器，第三控制器依据航向速率控制量和航向速率测量值之间的偏差，输出角加速度控制量。

子步骤S10222，获取无人机的动态逆增益。

在本发明实施例中，动态逆增益可以是滑跑控制系统单位差动量带来的无人机100偏航角加速度的变化量，作为一种实施方式，动态逆增益可以通过估算或测量滑跑控制系统单位差动量带来的航向超动力矩N，然后结合无人机100的Z轴转动惯量I_z获得，其表达式为

子步骤S10223，将角加速度控制量和动态逆增益进行结合，得到差动控制量。

在本发明实施例中，得到角加速度控制量之后，采用动态逆控制方法将角加速度控制量和无人机100的动态逆增益进行结合，得到差动控制量

步骤S103，按照控制分配策略，将差动控制量分配至第一动力系统和第二动力系统，实现无人机的滑跑纠偏。

在本发明实施例中，获得滑跑控制系统的差动控制量δ_cmd之后，通过控制分配策略得到第一动力系统106和第二动力系统107的指令值。假设第一动力系统106的动力为正，第二动力系统107的动力为负，则当差动控制量δ_cmd为正时，表示此时无人机100对准跑道中心线且向第一方向滑跑，故要求无人机100产生第二方向的偏转，故分配动力增加量至第一动力系统106、动力减小量至第二动力系统107，动力增加量与动力减小量之差为差动控制量，例如，分配δ_cmd/2至第一动力系统106、-δ_cmd/2至第二动力系统107；当差动控制量δ_cmd为负时，表示此时无人机100对准跑道中心线且向第二方向滑跑，故要求无人机100产生第一方向的偏转，故分配动力减小量至第一动力系统106、动力增加量至第二动力系统107，动力增加量与动力减小量之差为差动控制量，例如，分配-δ_cmd/2至第一动力系统106、δ_cmd/2至第二动力系统107。

作为一种实施方式，以左侧设置两个第一动力系统106和右侧设置两个第二动力系统107的四发无人机为例，说明分配到每个发动机上的差动控制量。假设差动控制量δ_cmd为正，且分配δ_cmd/2至第一动力系统106、-δ_cmd/2至第二动力系统107，则分配至左侧每个发动机的差动控制量为δ_cmd/4、分右侧每个发动机的差动控制量为-δ_cmd/4。

需要说明的是，上述差动控制量的分配采用的是平均分配策略，在实际应用中可以根据需要灵活设计差动控制量的分配策略，例如，当差动控制量δ_cmd为正、要求无人机100产生第二方向的偏转时，可以分配2δ_cmd/3至第一动力系统106、-δ_cmd/3至第二动力系统107，也可以分配δ_cmd/3至第一动力系统106、-2δ_cmd/3至第二动力系统107，只要保证分配至第一动力系统106和第二动力系统107的动力增加量与动力减小量之差为差动控制量即可。

请参照图6，子步骤S103可以包括以下子步骤：

子步骤S1031，当无人机的滑跑路径偏离跑道中心线且向第一方向滑跑时，分配动力增加量至第一动力系统、动力减小量至第二动力系统，动力增加量与动力减小量之差为差动控制量。

在本发明实施例中，假设第一动力系统106的动力为正，第二动力系统107的动力为负，则当无人机100偏离跑道中心线且向第一方向滑跑时，差动控制量δ_cmd为正，要求无人机100产生第二方向的偏转，故分配动力增加量至第一动力系统106、动力减小量至第二动力系统107，动力增加量与动力减小量之差为差动控制量，例如，分配δ_cmd/2至第一动力系统106、-δ_cmd/2至第二动力系统107。

子步骤S1032，当无人机的滑跑路径偏离跑道中心线且向第二方向滑跑时，分配动力减小量至第一动力系统、动力增加量至第二动力系统，动力增加量与动力减小量之差为差动控制量。

在本发明实施例中，假设第一动力系统106的动力为正，第二动力系统107的动力为负，则当无人机100偏离跑道中心线且向第二方向滑跑时，差动控制量δ_cmd为负，要求无人机100产生第一方向的偏转，故分配动力减小量至第一动力系统106、动力增加量至第二动力系统107，动力增加量与动力减小量之差为差动控制量，例如，分配-δ_cmd/2至第一动力系统106、δ_cmd/2至第二动力系统107。

在本发明实施例中，针对基于直接力控制的无人机100进行滑跑过程中的滑跑纠偏控制，可以达到仅通过第一动力系统106和第二动力系统107的差动控制量来控制无人机100的航向运动并提供前进动力，本发明实施例提供的滑跑纠偏控制方法可应用于具有左右分布式动力系统的无人机100，特别可应用于无副翼，无方向舵的欠驱动固定翼无人机。

第二实施例

请参照图7，图7示出了本发明实施例提供的滑跑纠偏控制装置200的方框示意图。滑跑纠偏控制装置200包括飞行状态量获取模块201、差动控制量获得模块202及差动控制量分配模块203。

飞行状态量获取模块201，用于当无人机沿跑道滑跑且无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取无人机的飞行状态量，其中，飞行状态量包括无人机的当前飞行参数、以及无人机与跑道中心线之间的偏差。

在本发明实施例中，飞行状态量获取模块201可以用于执行步骤S101。

差动控制量获得模块202，用于将飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，差动控制量是第一动力系统和第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使无人机的滑跑路径对准跑道中心线。

在本发明实施例中，差动控制量获得模块202可以用于执行步骤S102。

在本发明实施例中，差动控制量获得模块202还可以用于执行步骤S102的子步骤S1021～S1022。

在本发明实施例中，差动控制量获得模块202还可以用于执行子步骤S1021的子步骤S10211～子步骤S10214。

在本发明实施例中，差动控制量获得模块202还可以用于执行子步骤S1022的子步骤S10221～子步骤S10223。

差动控制量分配模块203，用于按照控制分配策略，将差动控制量分配至第一动力系统和第二动力系统，实现无人机的滑跑纠偏。

在本发明实施例中，差动控制量分配模块203可以用于执行步骤S103。

在本发明实施例中，差动控制量分配模块203还可以用于执行步骤S103的子步骤S1031～S1032。

综上所述，本发明提供的一种滑跑纠偏控制方法及相关装置，所述方法包括：当无人机沿跑道滑跑且无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取无人机的飞行状态量，其中，飞行状态量包括无人机的当前飞行参数、以及与跑道中心线之间的偏差；将飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，差动控制量是第一动力系统和第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使无人机的滑跑路径对准跑道中心线；按照控制分配策略，将差动控制量分配至第一动力系统和第二动力系统，实现无人机的滑跑纠偏。与现有技术相比，本发明实施例可以仅通过第一动力系统与第二动力系统的差动控制量来控制无人机的滑跑路径对准跑道中心线，实现基于直接力控制的无人机的滑跑纠偏控制。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种滑跑纠偏控制方法，其特征在于，应用于基于直接力控制的无人机，所述无人机具有第一动力系统和第二动力系统，所述方法包括：

当所述无人机沿跑道滑跑且所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取所述无人机的飞行状态量，其中，所述飞行状态量包括所述无人机的当前飞行参数、以及所述无人机与所述跑道中心线之间的偏差；

将所述飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，所述差动控制量是所述第一动力系统和所述第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使所述无人机的滑跑路径对准跑道中心线；

按照控制分配策略，将所述差动控制量分配至所述第一动力系统和所述第二动力系统，实现所述无人机的滑跑纠偏。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述飞行状态量包括所述无人机与所述跑道中心线之间的侧向偏矩和航向角度差、以及所述无人机的侧向加速度、侧向速度测量值和航向速率测量值，所述滑跑控制系统包括第一控制回路和第二控制回路；

所述将所述飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量的步骤，包括：

将所述侧向偏矩、航向角度差、侧向加速度和侧向速度测量值输入第一控制回路，得到航向速率控制量；

将所述航向速率控制量和所述航向速率测量值输入第二控制回路，所述第二控制回路依据所述航向速率控制量和所述航向速率测量值之间的偏差，得到差动控制量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一控制回路包括偏矩控制项、角度差控制项和阻尼控制项；

所述将侧向偏矩、航向角度差、侧向加速度和侧向速度测量值输入所述第一控制回路，得到航向速率控制量的步骤，包括：

将所述侧向偏矩输入偏矩控制项，得到用于消除所述侧向偏矩的第一航向速率控制指令；

将所述航向角度差输入角度差控制项进行控制，得到用于消除所述航向角度差的第二航向速率控制指令；

将所述侧向加速度的前馈控制设置为阻尼控制项，得到用于增加所述滑跑控制系统的阻尼特性的第三航向速率控制指令；

根据所述第一航向速率控制指令、第二航向速率控制指令和第三航向速率控制指令，得到航向速率控制量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述偏矩控制项包括第一控制器和第二控制器；

所述将侧向偏矩输入偏矩控制项，得到用于消除所述侧向偏矩的第一航向速率控制指令的步骤，包括：

将所述侧向偏矩输入所述第一控制器，得到侧向速度指令；

将所述侧向速度指令和所述侧向速度测量值输入第二控制器，所述第二控制器依据所述侧向速度指令和所述侧向速度测量值之间的偏差，得到用于消除所述侧向偏矩的第一航向速率控制指令。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二控制回路包括第三控制器；

所述将所述航向速率控制量和所述航向速率测量值输入所述第二控制回路，所述第二控制回路依据所述航向速率控制量和所述航向速率测量值之间的偏差，得到差动控制量的步骤，包括：

将所述航向速率控制量和所述航向速率测量值输入第三控制器，所述第三控制器依据所述航向速率控制量和所述航向速率测量值之间的偏差，输出角加速度控制量；

获取所述无人机的动态逆增益；

将所述角加速度控制量和所述动态逆增益进行结合，得到差动控制量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一动力系统和所述第二动力系统分别设置于所述无人机的第一方向和第二方向；

所述按照控制分配策略，将所述差动控制量分配至所述第一动力系统和所述第二动力系统的步骤，包括：

当所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线且向第一方向滑跑时，分配动力增加量至所述第一动力系统、动力减小量至所述第二动力系统，所述动力增加量与所述动力减小量之差为所述差动控制量；

当所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线且向第二方向滑跑时，分配动力减小量至所述第一动力系统、动力增加量至所述第二动力系统，所述动力增加量与所述动力减小量之差为所述差动控制量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机包括位置信息获取模块；

所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线的步骤，包括：

若所述位置信息采集模块采集的位置信息与预先存储的跑道中心线信息不一致，则判定所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线。

8.一种滑跑纠偏控制装置，其特征在于，应用于基于直接力控制的无人机，所述无人机具有第一动力系统和第二动力系统，所述装置包括：

飞行状态量获取模块，用于当所述无人机沿跑道滑跑且所述无人机的滑跑路径偏离跑道中心线时，获取所述无人机的飞行状态量，其中，所述飞行状态量包括所述无人机的当前飞行参数、以及与所述跑道中心线之间的偏差；

差动控制量获得模块，用于将所述飞行状态量输入预设的滑跑控制系统中，得到差动控制量，其中，所述差动控制量是所述第一动力系统和所述第二动力系统之间的动力差，用于产生航向差动力矩使所述无人机的滑跑路径对准跑道中心线；

差动控制量分配模块，用于按照控制分配策略，将所述差动控制量分配至所述第一动力系统和所述第二动力系统，实现所述无人机的滑跑纠偏。

9.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括第一动力系统和第二动力系统，所述无人机还包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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