CN108216548A - 一种用于飞艇的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于飞艇的控制方法和控制装置，该控制方法包括：获取飞艇的航线信息，以及飞艇的状态信息；根据航线信息和状态信息，确定飞艇的速度和切向加速度；以及根据速度和切向加速度，对飞艇进行控制。本发明通过获取飞艇的航线信息，以及飞艇的状态信息，然后根据航线信息和状态信息，确定飞艇的速度和切向加速度，最后根据速度和切向加速度，对飞艇进行控制，在能保证飞艇的稳定飞行的同时，提高了飞艇的轨迹跟踪能力。

Description

一种用于飞艇的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及控制方法，具体来说，涉及一种用于飞艇的控制方法和控制装置。

背景技术

现有技术中，飞艇的返航过程需要进行轨迹跟踪，如果需要系留式飞艇对复杂曲线进行紧密跟踪时，常用的使用误差进行线性反馈的控制算法可能达不到良好的跟踪效果，因为飞艇惯性较大，滞后时间较长。

比例导引法是用于近程导弹的一种方法，将此方法用于轨迹跟踪，可以假设有一个虚拟的点在需要的航线上移动作为我们的目标点，该比例导引法是指导弹在攻击目标的导引过程中，导航速度矢量V的转动角速度与目标瞄准线(视线)的转动角速度成比例的一种导引律，如图1所示，设某一时刻目标位于T点，导弹位于M点，目标速度为V_T，导弹速度为V_M，二者位于同一平面内。其导引关系式为：式中K:比例导引系数；导弹角的变化率；目标瞄准线的转动角速度。图中的r为导弹和目标间的相对距离；σ_T和σ为目标和导弹的速度矢量与参考线的夹角；ε为目标视线角；η_T和η为目标和导弹速度矢量与视线的夹角，称为前置角。比例导引法中最重要的一点是使用导弹和目标点的目标瞄准线。但是导弹攻击的目标是固定不变的，而对于跟踪轨迹来说，目标点是不停变化的。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于飞艇的控制方法和控制装置，提高了飞艇的轨迹跟踪能力。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于飞艇的控制方法。

该控制方法包括：

获取飞艇的航线信息，以及飞艇的状态信息；

根据航线信息和状态信息，确定飞艇的速度和切向加速度；以及

根据速度和切向加速度，对飞艇进行控制。

根据本发明的一个实施例，通过传感器获取飞艇的状态信息。

根据本发明的一个实施例，传感器包括：温度传感器、压力传感器、压强传感器。

根据本发明的一个实施例，传感器设置于飞控板上。

根据本发明的一个实施例，飞艇的航线信息为飞艇和目标节点的返航路线信息。

根据本发明的一个实施例，位置信息、速度信息、角度信息、角速度信息。

根据本发明的一个实施例，根据速度和切向加速度，对飞艇进行控制包括：

根据速度和切向加速度，确定对飞艇的控制指令；

根据控制指令，对飞艇中的出舵机和油箱进行控制；

根据出舵机和油箱，调整飞艇的状态。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于飞艇的控制装置。

该控制装置包括：

获取模块，用于获取飞艇的航线信息，以及飞艇的状态信息；

确定模块，用于根据航线信息和状态信息，确定飞艇的速度和切向加速度；以及

控制模块，用于根据速度和切向加速度，对飞艇进行控制。

根据本发明的一个实施例，通过传感器获取飞艇的状态信息。

根据本发明的一个实施例，传感器设置于飞控板上。

本发明通过获取飞艇的航线信息，以及飞艇的状态信息，然后根据航线信息和状态信息，确定飞艇的速度和切向加速度，最后根据速度和切向加速度，对飞艇进行控制，在能保证飞艇的稳定飞行的同时，提高了飞艇的轨迹跟踪能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是现有技术中的比例导引法方法的角度信息图；

图2是根据本发明实施例的用于系留式飞艇的控制方法的示意图；

图3是根据本发明实施例的系留式飞艇的角度信息图；

图4是根据本发明实施例的系留式飞艇的流程图；

图5是根据本发明实施例的飞行控制模块的具体流程图；

图6是根据本发明实施例的用于系留式飞艇的控制装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的实施例中，将采用系留式飞艇1对本发明的方案进行阐述，当然可以理解，本发明同样适用于其他类型的飞艇。

根据本发明的实施例，提供了一种用于系留式飞艇1的控制方法。

如图2所示，根据本发明实施例的控制方法包括：

步骤S201，获取系留式飞艇1的航线信息，以及系留式飞艇1的状态信息；

步骤S203，根据航线信息和状态信息，确定系留式飞艇1的速度和切向加速度；以及

步骤S205，根据速度和切向加速度，对系留式飞艇1进行控制。

在该实施例中，如图3所示，首先设置于系留式飞艇1上的导航控制模块5根据实际情况确定系留式飞艇1和目标节点2(或导航点2)之间的期望距离L₁，随后该导航控制模块5根据期望距离L₁，在系留式飞艇1的飞行航线上确定其相对于目标节点2的系留式飞艇1的位置，即确定后的当前系留式飞艇1与目标节点2之间的距离为L₁，此外，可通过系留式飞艇1上设置的传感器3获取系留式飞艇1的当前的飞行速度v，另外，可根据实际需求确定速度v和距离L₁的夹角η。此外，系留式飞艇1的离心加速度a与其速度v垂直，同时，在当前位置的离心加速度a的圆周半径为R，同时，两个圆周半径R之间的夹角为2η。

在确定了上述数据的情况下，根据L₁＝2R sinη可以确定，离心加速度a为：

其中，L₁为系留式飞艇1与目标节点2的距离，η为速度矢量v与距离L₁之间的夹角，v是飞艇当前的速度，R为在此切向加速度下的圆周半径。

此外，在系留式飞艇1的飞控板上设置有多个传感器3，该多个传感器3将获得的数据发送至系留式飞艇1上的姿态解算模块4，该姿态解算模块4可根据上述数据来估算飞艇的平移状态量和旋转状态量，其中，平移状态量包括：系留式飞艇1的当前位置以及其当前的速度v，旋转状态量包括：系留式飞艇1的角度以及其角速度，随后该姿态解算模块4将获取的平移状态量和旋转状态量发送至导航控制模块5和飞行控制模块6，该导航控制模块5根据接收到的平移状态量和旋转状态量，确定系留式飞艇1的速度v和离心加速度a，从而根据速度v和离心加速度a，产生对系留式飞艇1的控制指令，进而根据该控制指令，对系留式飞艇1中的出舵机和油箱进行控制，进而根据出舵机和油箱，调整系留式无人机的状态。

通过本发明的上述方案，能够通过获取系留式飞艇1的航线信息，以及系留式飞艇1的状态信息，然后根据航线信息和状态信息，确定系留式飞艇1的速度和切向加速度，最后根据速度和切向加速度，对系留式飞艇1进行控制，在能保证飞艇的稳定飞行的同时，提高了飞艇的轨迹跟踪能力。

根据本发明的一个实施例，通过传感器3获取系留式飞艇1的状态信息。

在该实施例中，如图4所示，首先，通过传感器3获取该系留式飞艇1的测量数据，该测量数据可根据实际需求进行测量，例如，根据本发明的一个实施例，该测量数据包括：温度、压力等，随后传感器3将测量数据传递给姿态解算模块4，从而该姿态解算模块4根据上述测量数据估算系留式飞艇1的平移状态量以及旋转状态量，其中，该估算可采用互补滤波或者扩展卡尔曼滤波算法来实现，具体的实施案例是Paul Riseborough的22状态扩展卡尔曼滤，在此不做赘述，随后导航控制模块5根据任务目标确定该系留式飞艇1的目标节点2信息和航线信息，随后该导航模块3将跟踪指令发送至飞行控制模块6，其中，该跟踪指令包括：目标节点2信息和航线信息，随后飞行控制模块6根据该跟踪指令以及估算信息，确定系留式飞艇1的速度和离心加速度，从而产生对系留式飞艇1的油门和舵面控制指令，随后根据该油门和舵面控制指令对系留式飞艇1中的出舵机和油箱进行控制，进而动态响应模块7根据上述指令动态响应，对系留式飞艇1的飞行状态做出对应的调整，在下一时刻，重复上述步骤，在此不做赘述，具体参见上述步骤。

根据本发明的一个实施例，传感器3包括：温度传感器、压力传感器、压强传感器。当然可以理解，可以根据实际需求选择传感器的类型，例如，根据本发明的一个实施例，该传感器3包括：位置传感器，本发明对此不做限定，本发明对此不做限制。

根据本发明的一个实施例，传感器3设置于飞控板上，通过将传感器3设置于飞控板上，可以更准确的获取数据信息，当然可以理解，该传感器3的设定位置可根据实际需求进行设定，本发明对此不作限定。

根据本发明的一个实施例，系留式飞艇1的航线信息为系留式飞艇1和目标节点2的返航路线信息。

在该实施例中，如图2所示，系留式飞艇1的航线信息为系留式飞艇1和目标节点2的圆弧状的路线信息，如该航线信息可包括：系留式飞艇1与目标节点2之间的距离L1等。

根据本发明的一个实施例，位置信息、速度信息、角度信息、角速度信息。

根据速度和切向加速度，确定对系留式飞艇1的控制指令；

根据控制指令，对系留式飞艇1中的出舵机和油箱进行控制；

根据出舵机和油箱，调整系留式无人机的状态。

在该实施例中，如图5所示，该飞行控制模块6的具体流程为：首先接收RC电路的输入信号，随后根据该输入信号，产生RC信号的缩放和映射函数，随后将手动控制的输入值输入姿态控制器9，以及位置控制器8根据系留式飞艇1的位置设定值，产生系留式飞艇1的姿态的设定值，随后该姿态控制器9根据上述手动控制的输入值和姿态设定值，产生执行器10的控制信号，该控制信号包括对系留式飞艇1的油门和舵面控制指令，随后将该控制信号进行混控，以实现通过一个控制指令同时完成对系留式飞艇1的出舵机和油箱的控制，此外，在系留式飞艇1的飞行控制中会使用能保证系统稳定性的控制算法，如PID控制算法，变结构滑膜控制算法，模型预测控制算法等，以保障系留式飞艇1的温度运行。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于系留式飞艇1的控制装置。

如图6所示，根据本发明实施例的控制装置包括：

获取模块61，用于获取系留式飞艇1的航线信息，以及系留式飞艇1的状态信息；

确定模块62，用于根据航线信息和状态信息，确定系留式飞艇1的速度和切向加速度；以及

控制模块63，用于根据速度和切向加速度，对系留式飞艇1进行控制。

根据本发明的一个实施例，通过传感器3获取系留式飞艇1的状态信息。

根据本发明的一个实施例，传感器3设置于飞控板上。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过获取系留式飞艇的航线信息，以及系留式飞艇的状态信息，然后根据航线信息和状态信息，确定系留式飞艇的速度和切向加速度，最后根据速度和切向加速度，对系留式飞艇进行控制，在能保证飞艇的稳定飞行的同时，提高了飞艇的轨迹跟踪能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种用于飞艇的控制方法，其特征在于，包括：

获取所述飞艇的航线信息，以及所述飞艇的状态信息；

根据所述航线信息和所述状态信息，确定所述飞艇的速度和切向加速度；以及

根据所述速度和切向加速度，对所述飞艇进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，通过传感器获取所述飞艇的状态信息。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述传感器包括：温度传感器、压力传感器、压强传感器。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述传感器设置于飞控板上。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述飞艇的航线信息为所述飞艇和目标节点的返航路线信息。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述状态信息包括：位置信息、速度信息、角度信息、角速度信息。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述速度和切向加速度，对所述飞艇进行控制包括：

根据所述速度和切向加速度，确定对所述飞艇的控制指令；

根据所述控制指令，对所述飞艇中的出舵机和油箱进行控制；

根据所述出舵机和所述油箱，调整所述飞艇的状态。

8.一种用于飞艇的控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述飞艇的航线信息，以及所述飞艇的状态信息；

确定模块，用于根据所述航线信息和所述状态信息，确定所述飞艇的速度和切向加速度；以及

控制模块，用于根据所述速度和切向加速度，对所述飞艇进行控制。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，通过传感器获取所述飞艇的状态信息。

10.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述传感器设置于飞控板上。