CN109343557A - 一种重装货台着陆姿态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重装货台着陆姿态控制方法，包括以下步骤：控制器通过传感器检测在初始状态下的装备状态参数，装备状态参数包括装备的角速度和装备姿态角；控制器根据检测到的装备状态参数进行计算，计算得出将装备调整装备姿态角至0°和将重装货台调整装备姿态角至180°的两种策略各所需时间；控制器选择消耗时间较少的策略作为目标调整策略，并驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置按照目标调整策略进行动作，完成装备在着陆前的姿态调整。实现货台着陆姿态快速调整，大大减少控制时间，避免了空投系统自身吊带扭转对控制的干扰，可有效提高调姿精度，实现回收设备的可控、安全着陆。
Description
技术领域
本发明涉及空降空投技术领域，具体涉及一种重装货台着陆姿态控制方法。
背景技术
着陆稳定技术是实现重装空投系统安全着陆的一项重要技术，着陆阶段的顺利与否直接影响着空投任务的成败。重装空投系统着陆稳定性影响因素较多，除去环境、地形等因素影响外，主要包括装备着陆末速度以及着陆姿态。目前重装空投系统着陆末速度通过气囊缓冲进行控制，已经能够控制在较合适的范围，但着陆姿态呈现出不确定、不可控的特点。并且现有的防翻装置抗翻能力有一定的局限性，装备侧翻现象时有发生，俨然成为制约空投技术发展的一个短板。
本发明采用的控制算法能够对装备着陆姿态进行精准调控，具有不利姿态快速调整能力同时可避免超调、震荡等现象，能够大大增强重装空投系统着陆稳定性与安全性，可有效解决重装空投系统着陆姿态不确定、不可控的现状。本发明也可用于航空、航天领域飞行器等装置的安全回收。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种重装货台着陆姿态控制方法，实现货台着陆姿态快速调整，大大减少控制时间，避免了空投系统自身吊带扭转对控制的干扰，可有效提高调姿精度，实现回收设备的可控、安全着陆。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种重装货台着陆姿态控制方法，重装货台上的装备设有双向动力装置，双向动力装置包括顺时针动力装置、逆时针动力装置、传感器和控制器，控制器分别与顺时针动力装置、逆时针动力装置和传感器连接，控制器驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置动作；
所述的重装货台着陆姿态控制方法，包括以下步骤：
1)控制器通过传感器检测在初始状态下的装备状态参数，装备状态参数包括装备角速度和装备姿态角；
2)控制器根据检测到的装备状态参数进行计算，计算得出将装备调整装备姿态角至0°和将重装货台调整装备姿态角至180°的两种策略各所需时间；
3)控制器选择消耗时间较少的策略作为目标调整策略，并驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置按照目标调整策略进行动作，完成装备在着陆前的姿态调整，使装备长度方向与装备的速度方向一致。
按照上述技术方案，将装备调整装备姿态角至0°的策略具体包括以下步骤：
A)开启顺时针动力装置，使装备做逆时针匀减速转动至装备角速度为0；
B)顺时针动力装置继续推动装备顺时针转动至装备姿态角为1/2初始装备姿态角；
C)关闭顺时针动力装置，开启逆时针动力装置使装备做匀减速转动至装备姿态角为0°位置。
按照上述技术方案，将装备调整装备姿态角至0°的策略所花费的时间为：
其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值。
按照上述技术方案，将装备调整装备姿态角至180°的策略具体包括以下步骤：
A)开启逆时针动力装置，使装备做逆时针匀加速转动；
B)装备转动至装备姿态角为(π-ω2/2a+θ)/2时，关闭逆时针动力装置，其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值；
C)开启顺时针动力装置使装备逆时针匀减速转动至装备姿态角为180°。
按照上述技术方案，将装备调整装备姿态角至180°的策略所花费的时间为：
其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下角加速度的绝对值。
本发明具有以下有益效果：
本方法可实现货台着陆姿态快速调整，大大减少控制时间，节省能耗，同时由于考虑了货台自身初始转动角速度，避免了空投系统自身吊带扭转对控制的干扰，可有效提高调姿精度，尤其适用于装备着陆姿态不确定的回收过程，使得回收装备以有利姿态着陆，增强其着陆稳定性，从而实现回收设备的可控、安全着陆。
附图说明
图1是本发明实施例中在初始状态下装备姿态的示意图；
图2是本发明实施例中调整装备姿态角为0°的策略中装备逆时针转动至角速度为0时装备姿态的示意图；
图3是本发明实施例中调整装备姿态角为0°的策略中动力装置推力换向时装备姿态的示意图；
图4是本发明实施例中调整装备姿态角为180°的策略中动力装置推力换向时装备姿态的示意图；
图5是本发明实施例中装备姿态角调整为0°的策略中装备姿态角变化曲线；
图6是本发明实施例中装备姿态角调整为180°的策略中装备姿态角变化曲线；
图中，1-装备，2-装备运动方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图6所示，本发明提供的一个实施例中的重装货台着陆姿态控制方法，重装货台上的装备设有双向动力装置，双向动力装置包括顺时针动力装置、逆时针动力装置、传感器和控制器，控制器分别与顺时针动力装置、逆时针动力装置和传感器连接，控制器驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置动作；
所述的重装货台着陆姿态控制方法，包括以下步骤：
1)控制器通过传感器检测在初始状态下的装备状态参数，装备状态参数包括装备角速度和装备姿态角；
2)控制器根据检测到的装备状态参数进行计算，计算得出将装备调整装备姿态角至0°和将重装货台调整装备姿态角至180°的两种策略各所需时间；
3)控制器选择消耗时间较少的策略作为目标调整策略，并驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置按照目标调整策略进行动作，完成装备在着陆前的姿态调整，使装备长度方向与装备的速度方向一致。
进一步地，将装备调整装备姿态角至0°的策略具体包括以下步骤：
A)开启顺时针动力装置，使装备做逆时针匀减速转动至装备角速度为0；
B)顺时针动力装置继续推动装备顺时针转动至装备姿态角为1/2初始装备姿态角；
C)关闭顺时针动力装置，开启逆时针动力装置使装备做匀减速转动至装备姿态角为0°位置；此时装备的角速度也刚好为零。
进一步地，将装备调整装备姿态角至0°的策略所花费的时间为：
其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值。
进一步地，将装备调整装备姿态角至180°的策略具体包括以下步骤：
A)开启逆时针动力装置，使装备做逆时针匀加速转动；
B)装备转动至装备姿态角为(π-ω2/2a+θ)/2时，关闭逆时针动力装置，其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值；
C)开启顺时针动力装置使装备逆时针匀减速转动至装备姿态角为180°，此时装备的角速度也刚好为零。
进一步地，将装备调整装备姿态角至180°的策略所花费的时间为：
其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值。
进一步地，装备的姿态角为装备的长度方向与运动方向的角度，所述的重装货台着陆姿态控制方法的目的在于将装备的长度方向调整至与装备的运动方向一致，即包括将重装货台调整装备姿态角至0°和将重装货台调整装备姿态角至180°的两种策略，设装备沿水平方向运动。
本发明的一个实施例中，本控制策略采用双向动力装置作为动力系统对空投装备姿态进行调整。动力装置推力恒定，此处忽略转动过程中可能存在的阻力，另外装备初始角加速度相对于动力装置推动加速度是一个较小值，此处也忽略，认为装备在动力装置推动作用下做匀加速转动。本控制策略目标是使装备长方向与运动方向一致。
如图1所示，设装备沿水平方向运动，装备初始姿态角为θ(-180°<θ<180°，逆时针为正)，初始角速度设为ω(使θ角变大为正，变小为负)，动力装置推动下角加速度绝对值为a。
某一刻装备位置如上图所示，该状态下有两种控制方法，即令装备最终姿态角为0°或180°，分别计算两种控制方法需要的时间，选取总时间较少的作为最终控制策略。
a)调整装备姿态角为0°
首先开启顺时针动力装置，装备先做逆时针匀减速转动，角速度减到0时花费时间为ω/a，此时装备姿态角为ω2/2a+θ，角速度为0。此时运动状态如图2所示，动力装置继续顺时针推动，推动到1/2姿态角，即(ω2/2a+θ)/2的时候关闭顺时针动力装置，开启逆时针动力装置，如图3所示，动力装置推力换向时装备姿态，装备先做匀加速转动后做匀减速转动。最终装备停在姿态角为0°的位置。匀加速与匀减速阶段作用时间均为综上，动力装置总作用时间为：
其中先开启顺时针动力装置，作用时间为后开启逆时针动力装置，作用时间为
b)调整装备姿态角为180°
该控制策略下，装备先做逆时针匀加速转动后做逆时针匀减速转动。逆时针转动到(π-ω2/2a+θ)/2的角度时关闭逆时针动力装置。
如图4所示，动力装置推力换向时装备姿态：
此时逆时针动力装置作用时间为之后开启顺时针动力装置，作用时间为装备停在姿态角为180°的位置。总作用时间为：
综上，当时，选择将装备姿态角调整为0°时消耗时间最少；
当时，选择将装备姿态角调整为180°时消耗时间最少。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种重装货台着陆姿态控制方法，其特征在于，重装货台上的装备设有双向动力装置，双向动力装置包括顺时针动力装置、逆时针动力装置、传感器和控制器，控制器分别与顺时针动力装置、逆时针动力装置和传感器连接，控制器驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置动作；
所述的重装货台着陆姿态控制方法，包括以下步骤：
1)控制器通过传感器检测在初始状态下的装备状态参数，装备状态参数包括装备角速度和装备姿态角；
2)控制器根据检测到的装备状态参数进行计算，计算得出将装备调整装备姿态角至0°和将重装货台调整装备姿态角至180°的两种策略各所需时间；
3)控制器选择消耗时间较少的策略作为目标调整策略，并驱动顺时针动力装置和逆时针动力装置按照目标调整策略进行动作，完成装备在着陆前的姿态调整。
2.根据权利要求1所述的重装货台着陆姿态控制方法，其特征在于，将装备调整装备姿态角至0°的策略具体包括以下步骤：
A)开启顺时针动力装置，使装备做逆时针匀减速转动至装备角速度为0；
B)顺时针动力装置继续推动装备顺时针转动至装备姿态角为1/2初始装备姿态角；
C)关闭顺时针动力装置，开启逆时针动力装置使装备做匀减速转动至装备姿态角为0°位置。
3.根据权利要求2所述的重装货台着陆姿态控制方法，其特征在于，将装备调整装备姿态角至0°的策略所花费的时间为：
其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值。
4.根据权利要求1所述的重装货台着陆姿态控制方法，其特征在于，将装备调整装备姿态角至180°的策略具体包括以下步骤：
A)开启逆时针动力装置，使装备做逆时针匀加速转动；
B)装备转动至装备姿态角为(π-ω2/2a+θ)/2时，关闭逆时针动力装置，其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下装备角加速度的绝对值；
C)开启顺时针动力装置使装备逆时针匀减速转动至装备姿态角为180°。
5.根据权利要求4所述的重装货台着陆姿态控制方法，其特征在于，将装备调整装备姿态角至180°的策略所花费的时间为：
其中ω为在初始状态下装备的角速度，θ为在初始状态下装备的姿态角，a为顺时针动力装置和逆时针动力装置各自推动下角加速度的绝对值。
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