CN108491558A - 机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的设计和控制方法 - Google Patents

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冯卓群
郑祥明
蒋进
戚兴江
段佳昕
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    • G06F30/10—Geometric CAD
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明提供了一种机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的设计和控制方法，用于控制扑翼飞行器的计算机从传感器获取传感器测量值，计算机获取传感器测量值的频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数，计算出连续的n次传感器测量值的算术平均数，作为平均测量值，计算控制量要使用到平均测量值，计算出的平均测量值去掉了从传感器获取的传感器测量值中大部分由于机翼扑动带来的噪声，计算出的控制量能够有效地控制扑翼飞行器，而且需要的计算量小。

Description

机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的设计和控制方法
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，具体是一种机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的设计和控制方法。
背景技术
自然界中，鸟类、昆虫、蝙蝠均采用扑翼飞行，具有高机动性和低能耗。哈佛大学研制出了能够飞行的机器苍蝇，机器苍蝇的机翼由压电材料带动，在压电材料的带动下，机翼扑动频率始终不变。
现有技术中，当扑翼飞行器的机翼扑动频率始终不变时，扑翼飞行器的设计和控制方法存在以下问题：
1、机翼扑动导致扑翼飞行器抖动，机翼扑动给从传感器获取的传感器测量值带来了严重的噪声，难以得到能够准确地反映扑翼飞行器实际情况的测量值。
2、为了能够有效地控制扑翼飞行器，对用于控制扑翼飞行器的计算机性能要求高。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的设计和控制方法，去掉了从传感器获取的传感器测量值中大部分由于机翼扑动带来的噪声，计算出的控制量能够有效地控制飞行器，而且需要的计算量小。
本发明用于机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器。用于控制扑翼飞行器的计算机至少需要从一个传感器获取传感器测量值。在设计扑翼飞行器时，需要对扑翼飞行器的机翼扑动频率、计算机获取传感器测量值的频率进行设计，这些频率需要符合以下情况中的一个：
情况1：如果计算机从一个传感器获取传感器测量值，从传感器获取传感器测量值的频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数。
情况2：如果计算机从多个传感器获取传感器测量值，从不同传感器获取传感器测量值的频率可以不同，其中至少有一部分频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数，本发明涉及到的从传感器获取传感器测量值的频率，指的都是这一部分频率，不同传感器对应的n值可以不同。
当用于控制扑翼飞行器的计算机控制扑翼飞行器时，计算机的工作过程可以分为6个阶段，每个阶段至少包括以下内容：
阶段1：计算机完成开机。
阶段2：至少完成n次传感器测量值的获取；这一阶段所用的时间长度至少为机翼扑动周期。
阶段3：进行传感器测量值的获取；从最近获取的传感器测量值中取出连续的n次传感器测量值，计算出这n次传感器测量值的算术平均数，作为平均测量值；计算出一段用于一个机翼扑动周期时间长度的控制量，计算控制量要使用到平均测量值，计算控制量的过程中可以使用PID算法、模糊算法等现有技术；这一阶段所用的时间长度为机翼扑动周期。
阶段4：进行传感器测量值的获取；从最近获取的传感器测量值中取出连续的n次传感器测量值，计算出这n次传感器测量值的算术平均数，作为新的平均测量值；计算出一段用于一个扑动周期时间长度的新的控制量，计算控制量要使用到新的平均测量值，计算控制量的过程中可以使用PID算法、模糊算法等现有技术；从最近计算出的控制量中取出连续的一段用于一个扑动周期时间长度的控制量来控制扑翼飞行器；这一阶段所用的时间长度为机翼扑动周期。
阶段5：不断地重复阶段4，直到计算机不再继续控制扑翼飞行器。
阶段6：计算机完成关机。
在阶段2至阶段5的过程中，计算机以均匀的间隔不断地获取传感器测量值。
本发明有益效果在于：
1、计算机获取传感器测量值的频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数，计算出连续的n次传感器测量值的算术平均数，作为平均测量值，计算出的平均测量值去掉了从传感器获取的传感器测量值中大部分由于机翼扑动带来的噪声。
2、计算出平均测量值的频率和机翼扑动频率相同，计算出一段用于一个扑动周期时间长度的控制量的频率和机翼扑动频率相同，计算出的控制量能够有效地控制扑翼飞行器，而且需要的计算量小。
附图说明
图1为用于控制扑翼飞行器的计算机的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明用于机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器。用于控制扑翼飞行器的计算机至少需要从一个传感器获取传感器测量值。在设计扑翼飞行器时，需要对扑翼飞行器的机翼扑动频率、计算机获取传感器测量值的频率进行设计，这些频率需要符合以下情况中的一个：
情况1：如果计算机从一个传感器获取传感器测量值，从传感器获取传感器测量值的频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数。
情况2：如果计算机从多个传感器获取传感器测量值，从不同传感器获取传感器测量值的频率可以不同，其中至少有一部分频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数，本发明涉及到的从传感器获取传感器测量值的频率，指的都是这一部分频率，不同传感器对应的n值可以不同。
如图1所示，当用于控制扑翼飞行器的计算机控制扑翼飞行器时，计算机的工作过程可以分为6个阶段，每个阶段至少包括以下内容：
阶段1：计算机完成开机。
阶段2：至少完成n次传感器测量值的获取；这一阶段所用的时间长度至少为机翼扑动周期。
阶段3：进行传感器测量值的获取；从最近获取的传感器测量值中取出连续的n次传感器测量值，计算出这n次传感器测量值的算术平均数，作为平均测量值；计算出一段用于一个机翼扑动周期时间长度的控制量，计算控制量要使用到平均测量值；这一阶段所用的时间长度为机翼扑动周期。
阶段4：进行传感器测量值的获取；从最近获取的传感器测量值中取出连续的n次传感器测量值，计算出这n次传感器测量值的算术平均数，作为新的平均测量值；计算出一段用于一个扑动周期时间长度的新的控制量，计算控制量要使用到新的平均测量值；从最近计算出的控制量中取出连续的一段用于一个扑动周期时间长度的控制量来控制扑翼飞行器；这一阶段所用的时间长度为机翼扑动周期。
阶段5：不断地重复阶段4，直到计算机不再继续控制扑翼飞行器。
阶段6：计算机完成关机。
在阶段2至阶段5的过程中，计算机以均匀的间隔不断地获取传感器测量值。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的设计方法，其特征在于，用于控制扑翼飞行器的计算机至少需要从一个传感器获取传感器测量值，在设计扑翼飞行器时，需要对扑翼飞行器的机翼扑动频率、计算机获取传感器测量值的频率进行设计，这些频率需要符合以下情况中的一个：
情况1）：如果计算机从一个传感器获取传感器测量值，从传感器获取传感器测量值的频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数；
情况2）：如果计算机从多个传感器获取传感器测量值，从不同传感器获取传感器测量值的频率可以不同，其中至少有一部分频率为机翼扑动频率的n倍，其中n为正偶数。
2.一种机翼扑动频率始终不变的扑翼飞行器的控制方法，其特征在于，当用于控制扑翼飞行器的计算机控制扑翼飞行器时，计算机的工作过程可以分为6个阶段，每个阶段至少包括以下内容：
阶段1）：计算机完成开机；
阶段2）：至少完成n次传感器测量值的获取；这一阶段所用的时间长度至少为机翼扑动周期；
阶段3）：进行传感器测量值的获取；从最近获取的传感器测量值中取出连续的n次传感器测量值，计算出这n次传感器测量值的算术平均数，作为平均测量值；计算出一段用于一个机翼扑动周期时间长度的控制量，计算控制量要使用到平均测量值；这一阶段所用的时间长度为机翼扑动周期；
阶段4）：进行传感器测量值的获取；从最近获取的传感器测量值中取出连续的n次传感器测量值，计算出这n次传感器测量值的算术平均数，作为新的平均测量值；计算出一段用于一个扑动周期时间长度的新的控制量，计算控制量要使用到新的平均测量值；从最近计算出的控制量中取出连续的一段用于一个扑动周期时间长度的控制量来控制扑翼飞行器；这一阶段所用的时间长度为机翼扑动周期；
阶段5）：不断地重复阶段4），直到计算机不再继续控制扑翼飞行器；
阶段6）：计算机完成关机。
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