CN110554710A - 一种飞行器的航向控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞行器的航向控制方法，飞行器的航向角角度控制环在起飞过程，倾转过程，降落过程均关闭，具体地，关闭飞行器在多旋翼模式下的航向角角度控制环的输出，将航向角角速率控制环的目标速率设置为零，并修正动态的航向角角速率误差，使得飞行器的航向角角速率处于稳定状态。本发明提供的一种飞行器的航向控制方法，能够提高飞行器航向飞行变换过程的抗干扰特性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种倾转固定翼飞行器的航向控制方法。
背景技术
倾转固定翼飞行器是一种将固定翼飞行器形态和多旋翼飞行器形态相结合而形成的飞行器。现有的这种飞行器在航向变换过程中的多旋翼倾转加速阶段，由于增加的固定翼翼面所产生的气动作用会对多旋翼的姿态控制引入不确定扰动力矩，因此在进行航向飞行变换的过程中容易受环境风等外部因素的干扰，从而增加了飞行变换过程的修正负荷，导致加大了飞行风险。
现有技术中，在航向变换的飞行过程中在实际空速达到指定平飞所需空速之前，多旋翼的自动控制起主导作用，此时的多旋翼的自动控制是多旋翼的横滚、俯仰和航向均处于自动修正控制的模式下，由于固定翼机体部分的气动特性，当受到侧风的作用时，机体将产生一个使机头扭向迎风方向的力矩，而且由于飞行器存在航向的锁定作用，为了保持飞行器原本的航向，控制系统会一直调整输出一个抵抗该力矩的修正量来维持原本飞行的航向角，同时在航向飞行变换的过程中，由于前置电机的倾转变化也会削弱多旋翼的姿态控制能力。因此，在多旋翼的自动控制起主导作用和前置电机倾转削弱多旋翼的姿态控制能力的条件下，进行飞行形态切换极易造成飞行器航向失锁，甚至导致整个姿态控制发散而失控的恶劣后果。
发明内容
本发明提供的一种飞行器的航向控制方法，以解决现有技术的飞行器飞行变换过程容易受到干扰的技术问题，本发明能够提高飞行器的航向飞行变换过程的抗干扰特性和安全性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种飞行器的航向控制方法，包括：
S1. 关闭飞行器在多旋翼模式下的航向角角度控制环的输出，将航向角角速率控制环的目标速率设置为零，并修正动态的航向角角速率误差，使得飞行器的航向角角速率处于稳定状态；
S2.所述飞行器的航向角角度控制环在起飞过程，倾转过程，降落过程均包括步骤S1。
优选地，所述起飞过程和倾转过程包括以下步骤：
S11.在接收到起飞信号后，控制所述飞行器以多旋翼模式起飞达到预设的目标高度；
S12.控制所述飞行器以预设的目标姿态角度向前加速飞行；
S13.当检测到所述飞行器向前加速飞行达到预设的空速时，控制所述目标姿态角为水平状态，同时控制所述前置电机开始倾转，以使前置电机倾转至水平状态；
S14.控制所述后置电机停止运行，使所述飞行器进入固定翼飞行模式，并重新启动航向角角度控制环的输出，结束步骤S1。
优选地，所述降落过程包括以下步骤：
在接收到降落信号后，控制所述飞行器以多旋翼模式降落，直到降落过程结束, 结束步骤S1。
优选地，所述控制方法还包括：
当所述飞行器到达所述预设的目标高度时，在步骤S11至步骤S13的过程中保持所述多旋翼模式飞行。
优选地，所述航向角角度控制环的输出的关闭和重新启动控制均通过将设置控制参数实现。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，本发明提供了一种飞行器的航向控制方法，通过关闭所述多旋翼模式下的航向角角度控制环的输出，飞行器不锁定某指定目标的航向角，可以减少在侧风情况下纠正航向角偏差的控制负荷，并结合固定翼机体气动特点使得飞行器自然的进入迎风姿态，从而提高飞行器的飞行变换过程的抗干扰特性和安全性。同时，通过将航向角角速率的目标速率设置为零，修正动态的航向角角速率误差，飞行器在迎风方向上时，能够保持平稳的航向姿态，从而通过充分利用迎风情况下的固定翼升力实现较为平稳的飞行形态切换，进而提高飞行的稳定性进和安全性。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种飞行器的航向控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中遥控器包括的单元；
图3是本发明实施例中的一种飞行器的结构示意图；
其中，说明书附图中的附图标记如下：
1、固定翼；2、前置电机；3、后置电机；4、多旋翼。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明优选实施例提供了一种飞行器的航向控制方法，至少包括以下步骤：
S1. 在多旋翼模式下关闭飞行器的航向角角度控制环的输出，将航向角角速率控制环的目标速率设置为零，并修正动态的航向角角速率误差，使得飞行器的航向角角速率处于稳定状态；
S2.所述飞行器的航向角角度控制环在起飞过程，倾转过程，降落过程均包括步骤S1。
所述起飞过程和所述倾转过程包括以下步骤：
S11.在接收到起飞信号后，控制所述飞行器以多旋翼模式起飞达到预设的目标高度；
S12.控制所述飞行器以预设的目标姿态角度倾转向前加速飞行；
S13.当检测到所述飞行器向前加速飞行达到预设的空速时，控制所述目标姿态角度为水平状态，所述飞行器从步骤S12的倾转状态恢复为水平状态，同时控制所述前置电机开始倾转，以使前置电机倾转至水平状态；
S14.控制所述后置电机停止运行，使所述飞行器从多旋翼模式进入固定翼飞行模式，并重新启动航向角角度控制环的输出，结束步骤S1。
当所述飞行器到达所述预设的目标高度时，在步骤S11至步骤S13的过程中保持所述多旋翼模式飞行，进入固定翼飞行模式后，关闭多旋翼模式。
所述降落过程包括以下步骤：
在接收到降落信号后，控制所述飞行器以多旋翼模式降落，降落过程包括步骤S1，直到降落过程结束, 结束步骤S1。
在接收到起飞信号后，控制所述飞行器的前置电机2、后置电机3转动，以使所述飞行器以多旋翼模式竖直起飞达到所述预设的目标高度，实时修正前置电机2和后置电机3转动误差使得飞行器处于动态平衡状态，起飞过程中，飞行器的目标姿态角度为水平状态。
当所述飞行器到达预设的目标高度时，控制飞行器以预设的目标姿态角度倾转，并控制前置电机2和后置电机3的转速，使得飞行器向前加速飞行，此时前置电机2和后置电机3也随着飞行器以预设的目标姿态角度发生倾转，但前置电机2和后置电机3的相对位置关系未变化，此时飞行器保持多旋翼模式飞行。
检测飞行器到达预设的空速时，控制目标姿态角度恢复为水平状态，在预设的倾转切换时间内，飞行器从倾转状态恢复至水平状态飞行，通过所述前置倾转舵机控制所述前置电机2进行倾转运动，以使所述前置电机2倾转至水平状态，此时前置电机2和后置电机3的相对位置关系为垂直状态，飞行器从多旋翼模式切换至固定翼模式飞行，并重新启动航向角角度控制环的输出，结束步骤S1。
在起飞过程、倾转过程中涉及到多旋翼模式下，均保持关闭飞行器的航向角角度控制环的输出，将航向角角速率控制环的目标速率设置为零，并修正动态的航向角角速率误差，使得飞行器的航向角角速率处于稳定状态。
降落过程，飞行器从固定翼模式切换至多旋翼模式，重新关闭航向角角度控制环的输出，即包括步骤S1，直到降落过程结束，结束步骤S1。
在本发明实施例中，当所述飞行器处于起飞过程、倾转过程以及降落过程时，通过关闭所述多旋翼模式下的航向角角度控制环的输出，飞行器不会锁定在某指定目标航向角上，可以减少在侧风情况下纠正航向角偏差的控制负荷，并结合固定翼机体气动特点使得飞行器自然的进入迎风姿态，并随着风向的改变在航向方向上进行改变，从而使得飞行器保持在迎风姿态，从而提高飞行器航向飞行变换过程的抗干扰特性和安全性。同时，将航向角角速率控制环的目标速率设置为零，并修正动态的航向角角速率误差，飞行器在迎风方向上时，能够保持平稳的航向姿态，从而可以充分利用迎风情况下的固定翼升力来实现较为平稳的飞行形态切换，进而提高飞行的稳定性进和安全性。
在本发明实施例中，当倾转切换飞行动作完成后进入固定翼模式飞行，通过重新启动航向角角度控制环的输出，使得飞行器能够恢复航向角自动控制，从而提高飞行器在固定翼飞行模式下飞行的稳定性，进而提高飞行安全性。
所述航向角角度控制环的输出的关闭和重新启动控制均通过将设置控制参数实现，关闭所述航向角角度控制环的输出为飞行器的飞控程序不锁定姿态控制回路的航向角角度控制环。重新启动所述航向角度控制环的输出为飞控程序锁定姿态控制回路的航向角角度控制环。
通过采用迎风飞行的方式，能够容易让飞行器在自身低速的情况下就获得较高的空速，从而使飞行器能够获得足够的向上升力。
在飞行器在实际的飞行过程中，受到外界影响会有稍微的波动，飞行器实时修正因外界波动引起的误差，因此本发明中所涉及到的水平、竖直、垂直均为动态水平、动态竖直、动态垂直。
以上所述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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种飞行器的航向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 关闭飞行器在多旋翼模式下的航向角角度控制环的输出，将航向角角速率控制环的目标速率设置为零，并修正动态的航向角角速率误差，使得飞行器的航向角角速率处于稳定状态；
S2.所述飞行器的航向角角度控制环在起飞过程，倾转过程，降落过程均包括步骤S1。
2.权利要求1所述的飞行器的航向控制方法，其特征在于，所述起飞过程和倾转过程包括以下步骤：
S11.在接收到起飞信号后，控制所述飞行器以多旋翼模式起飞达到预设的目标高度；
S12.控制所述飞行器以预设的目标姿态角度向前加速飞行；
S13.当检测到所述飞行器向前加速飞行达到预设的空速时，控制所述目标姿态角度为水平状态，同时控制所述前置电机开始倾转，以使前置电机倾转至水平状态；
S14.控制所述后置电机停止运行，使所述飞行器进入固定翼飞行模式，并重新启动航向角角度控制环的输出，结束步骤S1。
3.权利要求1所述的飞行器的航向控制方法，其特征在于，所述降落过程包括以下步骤：
在接收到降落信号后，控制所述飞行器以多旋翼模式降落，直到降落过程结束, 结束步骤S1。
4.根据权利要求2所述的飞行器的航向控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
当所述飞行器到达所述预设的目标高度时，在步骤S11至步骤S13的过程中保持所述多旋翼模式飞行。
5.根据权利要求1所述的飞行器的航向控制方法，其特征在于，所述航向角角度控制环的输出的关闭和重新启动控制均通过将设置控制参数实现。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN110780682A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-02-11 | 陕西瑞特测控技术有限公司 | 一种飞行器的航向姿态控制方法 |
| CN113985914A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-28 | 广州极飞科技股份有限公司 | 一种无人设备降落控制方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114313252A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-12 | 广州极飞科技股份有限公司 | 一种无人设备控制方法及装置 |
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