CN108931990A - 一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力控制技术领域，公开了一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法。包括：步骤1：计算停车时刻无人机所需着陆的方向、切入的FAF圆的距离和高度；步骤2：计算无人机到达停靠点的预测航程；步骤3：实时计算无人机在预测航程的高度和所需能量，进行无人机高度和所需能量的闭环控制；步骤4：闭环控制过程中判断飞机是否接地，如果是断开高度和所需能量的闭环控制，转入地面滑行控制，实现滑停。本发明的着陆方法全程自主控制，保证了无人机在发动机停车后具有较高的安全性，计算机控制的精准性、实时性保证了空滑着陆的高度一致性，避免了飞行员人工干预飞机容易引发的能量过高或能量过低问题，也大大降低了飞行员停车后的处置负担。

Description

一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法

技术领域

本发明涉及动力控制技术领域，特别是一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法。

背景技术

发动机停车作为当今所有飞机所面临的最大难题，其危害程度、飞机受损概率均大大高于其他飞机故障，由于停车后的处置复杂，涉及飞机迫降、发动机重新启动等多个环节，因此停车后人为处置的效果很大程度上取决于飞行员的经验和对飞机认知的程度。特别地，对于无人机来说，飞行员需要通过遥控链路来处置飞机，还额外受到链路质量的影响。当飞机高度较低时，链路往往会受到障碍物的遮挡，无法满足通视要求，造成链路中断，此时飞机将处于无控状态，受损概率极大。大展弦比无人机由于其自身优异的气动特性，较高的升阻比，使得其空滑返场着陆成为可能。因此设计一种自主的无动力返航着陆方法，既避免了飞行员水平差异造成的处置差异，又避免了链路对人工干预的影响，对最大程度保障无人机飞行安全是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了保证无人机安全着陆，本发明提供了一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法。

一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，包括以下过程：步骤1：计算停车时刻无人机所需着陆的方向、切入的FAF圆的距离和高度；步骤2：计算无人机到达停靠点的预测航程；步骤3：实时计算无人机在预测航程的高度和所需能量，进行无人机高度和所需能量的闭环控制；步骤4：闭环控制过程中判断飞机是否接地，如果是断开高度和所需能量的闭环控制，转入地面滑行控制，实现滑停。

进一步的，所述步骤1的具体过程为：步骤11，根据无人机停车时刻的经纬度和机场经纬度找到距当前最近的机场，确定停车机场；步骤12，根据无人机停车后的构型确定下滑段和拉起段轨迹角，获取飞行航路；步骤13，依据无人机沿所述航路滑行能量损耗与滑行距离恰好满足空滑比为原则，计算出所需要着陆的方向、切入的FAF圆离停车机场的距离和高度。

进一步的，所述步骤2中的预测航程由无人机到切入点的航段、圆弧航段和FAF圆到停靠点的航程，所述切入点为无人机飞入FAF圆的切点，所述圆弧航段通过飞过的圆弧角以及FAF圆半径计算。

进一步的，所述步骤3中，当检测到飞机距FAF圆的距离小于预设值时，进行能量闭环控制；如果检测到当前能量高于所需能量时，采用虚拟减速板调节，减弱气象条件，

进一步的,采用虚拟减速板调节的具体过程为：将当前能量和预设能量同时输入，获取能量前向增益；当检测到当前能量高于所需能量时，通过当前能量和所需能量的能量差的比例积分控制，根据能量差大小调节虚拟减速板上偏幅度。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明无动力空滑着陆方法利用切入圆的相关参数，有效预测停靠航程，进行高度、能量的闭环控制，该着陆方法全程自主控制，保证了无人机在发动机停车后具有较高的安全性，计算机控制的精准性、实时性保证了空滑着陆的高度一致性，避免了飞行员人工干预飞机容易引发的能量过高或能量过低问题，也大大降低了飞行员停车后的处置负担。

本发明的方法同时对气象条件有一定的容忍能力，即便出现顺逆风过大的情况，仍然可以通过能量闭环控制实时调整实现安全着陆，具有较强的环境适应能力。

附图说明

图1是本发明FAF圆计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，包括以下过程：

步骤1：计算停车时刻无人机所需着陆的方向、切入的FAF圆的距离和高度。

无人机低能量返航时可以构成如图1所示，无人机当前位置、切入位置和停靠位置构成三角形。步骤1的具体过程为：步骤11，根据无人机停车时刻在A点的经纬度和机场经纬度找到距当前最近的机场，确定停车机场位置在D点；步骤12，根据无人机停车后的构型确定下滑段和拉起段轨迹角，获取飞行航路；机场高度为H_r，飞机当前高度为H_ac，假设FAF圆切入点相对机场高度为ΔH，AB段和BD段设计空滑比为K2和K1，根据飞机当前位置和停车机场位置可以得到AD长度以及AD、BD夹角tmp；飞行航路为AB+BC+CD；步骤13，依据无人机沿所述航路滑行能量损耗与滑行距离恰好满足空滑比为原则，可表示AB、BD、AD段长度为:

应用余弦定理可得AB、BD、AD关系:AB²＝AD²+BD²-2·AD·BD·cos tmp，可以解得FAF(最后进近定位)圆切入点相对机场高度为ΔH，再根据着陆段下滑线的轨迹角和ΔH可得FAF的位置，FAF的位置确定后则可以计算所需要着陆的方向、切入的FAF圆离停车机场的距离和高度。由于计算FAF圆距离和高度时考虑了飞机当前的能量状态和飞机距机场的距离，因此可以保证无人机沿此路径返航着陆的能量损耗是合适的。

步骤2：计算无人机到达停靠点的预测航程；

其中，所述步骤2中的预测航程由无人机到切入点的航段AB、圆弧航段BC和FAF圆到停靠点的航程CD，所述切入点为无人机飞入FAF圆的切点，所述圆弧航段通过飞过的圆弧角以及FAF圆半径计算。上述过程可以计算航程。

步骤3：实时计算无人机在预测航程的高度和所需能量，进行无人机高度和所需能量的闭环控制；根据预测航程实时计算飞机当前的应飞高度，实现纵向高度通道的闭环控制。

其中，所述步骤3中，空中气象条件也是飞机能否安全着陆的重要因素之一，因此对飞机当前能量(高度、速度)进行闭环监控(根据飞机高度、速度实时计算当前能量)，所需求的能量根据预测航程实时计算，当飞机距FAF圆的距离小于某一特定值(一般为5km)时开始能量闭环控制；如果检测到当前能量高于所需能量时，采用虚拟减速板调节，减弱气象条件。采用虚拟减速板调节的具体过程为：将当前能量和预设能量同时输入，获取能量前向增益；当检测到当前能量高于所需能量时，通过当前能量和所需能量的能量差的比例积分控制，根据能量差大小调节虚拟减速板上偏幅度。能量差越大，虚拟减速板上偏越大，从而使飞机减速，达到调节能量的效果，减弱气象条件对飞机着陆的影响。

步骤4：闭环控制过程中判断飞机是否接地，如果是断开高度和所需能量的闭环控制，转入地面滑行控制，实现滑停。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1：计算停车时刻无人机所需着陆的方向、切入的FAF圆的距离和高度；步骤2：计算无人机到达停靠点的预测航程；步骤3：实时计算无人机在预测航程的高度和所需能量，进行无人机高度和所需能量的闭环控制；步骤4：闭环控制过程中判断飞机是否接地，如果是断开高度和所需能量的闭环控制，转入地面滑行控制，实现滑停。

2.如权利要求1所述的大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：步骤11，根据无人机停车时刻的经纬度和机场经纬度找到距当前最近的机场，确定停车机场；步骤12，根据无人机停车后的构型确定下滑段和拉起段轨迹角，获取飞行航路；步骤13，依据无人机沿所述航路滑行能量损耗与滑行距离恰好满足空滑比为原则，计算出所需要着陆的方向、切入的FAF圆离停车机场的距离和高度。

3.如权利要求2所述的大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，其特征在于，所述步骤2中的预测航程由无人机到切入点的航段、圆弧航段和FAF圆到停靠点的航程，所述切入点为无人机飞入FAF圆的切点，所述圆弧航段通过飞过的圆弧角以及FAF圆半径计算。

4.如权利要求3所述的大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，其特征在于，所述步骤3中，当检测到飞机距FAF圆的距离小于预设值时，进行能量闭环控制；如果检测到当前能量高于所需能量时，采用虚拟减速板调节，减弱气象条件。

5.如权利要求4所述的大展弦比无人机无动力空滑着陆控制方法，其特征在于，采用虚拟减速板调节的具体过程为：将当前能量和预设能量同时输入，获取能量前向增益；当检测到当前能量高于所需能量时，通过当前能量和所需能量的能量差的比例积分控制，根据能量差大小调节虚拟减速板上偏幅度。