CN112214036B - 一种实用型主从机编队飞行控制方法 - Google Patents

一种实用型主从机编队飞行控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112214036B
CN112214036B CN202011098557.5A CN202011098557A CN112214036B CN 112214036 B CN112214036 B CN 112214036B CN 202011098557 A CN202011098557 A CN 202011098557A CN 112214036 B CN112214036 B CN 112214036B
Authority
CN
China
Prior art keywords
slave
machine
coordinate system
master
host
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011098557.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112214036A (zh
Inventor
孙冰
张铮天
侯哲生
苗国政
王永国
李帅男
陈宏博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin Institute of Chemical Technology
Original Assignee
Jilin Institute of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin Institute of Chemical Technology filed Critical Jilin Institute of Chemical Technology
Priority to CN202011098557.5A priority Critical patent/CN112214036B/zh
Publication of CN112214036A publication Critical patent/CN112214036A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112214036B publication Critical patent/CN112214036B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明提供一种主从机编队飞行控制方法，其特征在于：实用型主从机编队飞行控制方法引入从机跟随坐标系，本发明引入从机跟随坐标系，通过在从机跟随坐标系中计算从机位置跟踪误差，解决了控制信号相对主机航向变化较为敏感的问题，确保主从机精确编队飞行控制。

Description

一种实用型主从机编队飞行控制方法
技术领域
本发明涉及飞行器编队控制领域，尤其涉及一种实用型主从机编队飞行控制方法。
背景技术
在主从机编队飞行过程中，需要实时计算从机的位置跟踪误差，一般传统主从机编队飞行控制方法直接使用主机的航向角来计算从机的位置跟踪误差。
但是由于基于主机航向角计算得到的位置跟踪误差对主机航向变化较为敏感，即较小的主机航向变化可产生较大的位置误差改变，不利于多机编队飞行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实用型主从机编队飞行控制方法，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种实用型主从机编队飞行控制方法，实用型主从机编队飞行控制方法引入从机跟随坐标系，包括以下步骤：
S1、每个从机将各自起飞前的经纬度坐标作为坐标原点，建立各自的地面坐标系；
S2、在飞行过程中，主机通过数传以广播的形式发送主机的飞行速度、经纬度坐标、飞行高度信息，每个从机接收主机的经纬度坐标，并在各自的地面坐标系下通过坐标变换得到主机的位置坐标；
S3、在编队飞行过程中，每个从机相对主机的期望位置已知，每个从机在各自地面坐标系下可根据主机的位置坐标计算得到从机在地面坐标系下的期望位置指令；
S4、已知从机在各自地面坐标系下的位置坐标和位置指令，引入从机跟随坐标系oLxsys，每个从机都有各自的跟随坐标系，从机跟随坐标系的原点在各自从机上，其oLxs轴与当前时刻的期望位置和前一时刻的期望位置的连线平行；
S5、在从机跟随坐标系下计算每个从机的跟踪航向角θs，基于跟踪航向角计算从机的横纵向位置误差；
S6、纵向位置误差分量δx用来进行速度控制，当δx增大时，从机通过提高飞行速度来减小纵向方向的跟踪误差，速度控制指令Vc的计算公
式为：
其中，VL和VW分别主机和从机的飞行速度；ex为位置和速度跟踪控制的综合误差；kx1、kx2、kVP、kVD为控制器参数；
横向位置误差分量δy用来进行滚转控制，滚转角指令φc的计算公式为：
其中，g为重力加速度；优选的，所述D1为航迹跟随中的虚拟导引距离且大小与从机的飞行速度正相关，所述根据横向位置误差计算得到滚转角指令，随着飞行速度成正比，当从机偏离跟踪航向时，通过横向位置误差计算得到滚转角指令，以协调转弯的方式跟踪期望航线，从而实现主从机编队飞行。
本发明的有益效果是：
本发明引入从机跟随坐标系，通过在从机跟随坐标系中计算从机位置跟踪误差，解决了控制信号相对主机航向变化较为敏感的问题，确保主从机精确编队飞行控制。
附图说明
图1为本发明的从机跟随坐标系示意图；
图2为本发明的主机和从机相对位置关系示意图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部，基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图描述本发明的具体实施例。
实施例1
如图1-2所示，以单个从机跟随主机进行编队飞行为例进行介绍，其余从机跟随主机飞行的基本原理一致，只是每个从机相对主机的期望位置不同而已；
ψW和ψL分别为从机和主机的偏航角；onxnyn为从机的地面坐标系oLxWyW为从机的机体坐标系平移到主机质心的坐标系；xr和yr分别为从机相对主机的期望位置在oLxWyW坐标系的纵向分量和横向分量，xr和yr已知；
S1、每个从机将各自起飞前的经纬度坐标作为坐标原点，建立各自的地面坐标系，可计算当前时刻从机的位置坐标xW和yW；
S2、在飞行过程中，主机通过数传以广播的形式发送主机的飞行速度、经纬度坐标、飞行高度信息，每个从机接收主机的经纬度坐标，并在各自的地面坐标系下通过坐标变换得到主机的位置坐标xL和yL；
S3、在编队飞行过程中，每个从机相对主机的期望位置已知，每个从机在各自地面坐标系下可根据主机的位置坐标计算得到从机在地面坐标系下的期望位置指令xc和yc：
S4、已知从机在各自地面坐标系下的位置坐标和位置指令，引入从机跟随坐标系oLxsys；
S5、在从机跟随坐标系下计算每个从机的跟踪航向角θs，基于跟踪航向角计算从机的横纵向位置误差；
令(xc1,yc1)为从机当前时刻期望位置，(xc2,yc2)为从机上一时刻的期望位置，则从机跟踪航向角θs的具体计算公式为：
已知从机在地面坐标系中的位置坐标(xW,yW)，则可通过下式计算得到从机位置跟踪误差沿着跟随坐标系纵轴和横轴的分量(δx,δy)：
S6、纵向位置误差分量δx用来进行速度控制，当δx增大时，从机通过提高飞行速度来减小纵向方向的跟踪误差，速度控制指令Vc的计算公式为：
其中，VL和VW分别主机和从机的飞行速度；ex为位置和速度跟踪控制的综合误差；kx1、kx2、kVP、kVD为控制器参数；
横向位置误差分量δy用来进行滚转控制，滚转角指令φc的计算公式为：
其中，g为重力加速度；D1为航迹跟随中的虚拟导引距离，大小与从机的飞行速度相关，随着飞行速度成正比，当从机偏离跟踪航向时，通过横向位置误差计算得到滚转角指令，以协调转弯的方式跟踪期望航线，从而实现主从机编队飞行。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征，第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种实用型主从机编队飞行控制方法，其特征在于：实用型主从机编队飞行控制方法引入从机跟随坐标系，包括以下步骤：
S1、每个从机将各自起飞前的经纬度坐标作为坐标原点，建立各自的地面坐标系；
S2、在飞行过程中，主机通过数传以广播的形式发送主机的飞行速度、经纬度坐标、飞行高度信息，每个从机接收主机的经纬度坐标，并在各自的地面坐标系下通过坐标变换得到主机的位置坐标；
S3、在编队飞行过程中，每个从机相对主机的期望位置已知，每个从机在各自地面坐标系下可根据主机的位置坐标计算得到从机在地面坐标系下的期望位置指令；
S4、已知从机在各自地面坐标系下的位置坐标和位置指令，引入从机跟随坐标系oLxsys，每个从机都有各自的跟随坐标系，从机跟随坐标系的原点在各自从机上，其oLxs轴与当前时刻的期望位置和前一时刻的期望位置的连线平行；
S5、在从机跟随坐标系下计算每个从机的跟踪航向角θs，基于跟踪航向角计算从机的横纵向位置误差；
S6、纵向位置误差分量δx用来进行速度控制，当δx增大时，从机通过提高飞行速度来减小纵向方向的跟踪误差，速度控制指令Vc的计算公式为：
其中，VL和VW分别主机和从机的飞行速度；ex为位置和速度跟踪控制的综合误差；kx1、kx2、kVP、kVD为控制器参数；
横向位置误差分量δy用来进行滚转控制，滚转角指令φc的计算公式为：
其中，g为重力加速度；D1为航迹跟随中的虚拟导引距离。
2.根据权利要求1所述的一种实用型主从机编队飞行控制方法，其特征在于：所述D1为航迹跟随中的虚拟导引距离且大小与从机的飞行速度正相关，随着飞行速度成正比，当从机偏离跟踪航向时，通过横向位置误差计算得到滚转角指令，以协调转弯的方式跟踪期望航线，从而实现主从机编队飞行。
CN202011098557.5A 2020-10-14 2020-10-14 一种实用型主从机编队飞行控制方法 Active CN112214036B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011098557.5A CN112214036B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 一种实用型主从机编队飞行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011098557.5A CN112214036B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 一种实用型主从机编队飞行控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112214036A CN112214036A (zh) 2021-01-12
CN112214036B true CN112214036B (zh) 2024-04-12

Family

ID=74054162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011098557.5A Active CN112214036B (zh) 2020-10-14 2020-10-14 一种实用型主从机编队飞行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112214036B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2442201A2 (en) * 2010-07-01 2012-04-18 Sikorsky Aircraft Corporation Formation flying method and system
CN108388270A (zh) * 2018-03-21 2018-08-10 天津大学 面向安全域的集群无人机轨迹姿态协同控制方法
CN108681240A (zh) * 2018-03-09 2018-10-19 南京航空航天大学 一类基于未知输入观测器的小型无人机分布式编队的故障诊断方法
CN108919835A (zh) * 2018-09-25 2018-11-30 北京航空航天大学 无人飞行器编队的控制方法、装置及控制器
CN108983816A (zh) * 2018-08-07 2018-12-11 中南大学 多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法
CN109933087A (zh) * 2019-03-18 2019-06-25 西安爱生技术集团公司 无人机与地面机动目标虚拟编队战位保持控制方法
CN110928322A (zh) * 2019-12-09 2020-03-27 大连理工大学 四旋翼飞行器运送悬挂负载的非线性运动控制方法
CN111221354A (zh) * 2019-11-26 2020-06-02 南京航空航天大学 一种基于改进的转弯半径的固定翼编队控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005038017B3 (de) * 2005-08-09 2007-05-10 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Flugführung mehrerer im Verband fliegender Flugzeuge
US20170269612A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Sunlight Photonics Inc. Flight control methods for operating close formation flight
FR3064350B1 (fr) * 2017-03-23 2019-04-26 Thales Procede de calcul d'une vitesse d'un aeronef, procede de calcul d'un rayon de protection, systeme de positionnement et aeronef associes
FR3069947B1 (fr) * 2017-08-03 2020-05-15 Airbus Operations Procede et dispositif de surveillance de la position d'un aeronef suiveur par rapport a un aeronef meneur lors d'un vol en formation.

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2442201A2 (en) * 2010-07-01 2012-04-18 Sikorsky Aircraft Corporation Formation flying method and system
CN108681240A (zh) * 2018-03-09 2018-10-19 南京航空航天大学 一类基于未知输入观测器的小型无人机分布式编队的故障诊断方法
CN108388270A (zh) * 2018-03-21 2018-08-10 天津大学 面向安全域的集群无人机轨迹姿态协同控制方法
CN108983816A (zh) * 2018-08-07 2018-12-11 中南大学 多旋翼无人机变尺度协同监视编队飞行控制方法
CN108919835A (zh) * 2018-09-25 2018-11-30 北京航空航天大学 无人飞行器编队的控制方法、装置及控制器
CN109933087A (zh) * 2019-03-18 2019-06-25 西安爱生技术集团公司 无人机与地面机动目标虚拟编队战位保持控制方法
CN111221354A (zh) * 2019-11-26 2020-06-02 南京航空航天大学 一种基于改进的转弯半径的固定翼编队控制方法
CN110928322A (zh) * 2019-12-09 2020-03-27 大连理工大学 四旋翼飞行器运送悬挂负载的非线性运动控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
关于异构无人器地空联合编队控制仿真研究;闫茂德 等;计算机仿真;第33卷(第10期);第361-365页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112214036A (zh) 2021-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110001637B (zh) 一种基于多点跟踪的无人驾驶汽车路径跟踪控制装置及控制方法
CN107264531B (zh) 一种半结构化环境中智能车辆自主换道超车运动规划方法
CN107085938B (zh) 基于车道线与gps跟随的智能驾驶局部轨迹容错规划方法
CN112208515B (zh) 一种车辆横向控制方法、装置、设备及介质
US20100168937A1 (en) Method for Flight Control of a Plurality of Aircraft Flying in Formation
CN108362294B (zh) 一种应用于自动驾驶的多车协同建图方法
CN114148320B (zh) 一种路径跟踪控制方法及设备
CN110481551A (zh) 一种自动换道的控制方法、装置及车辆
CN105045284B (zh) 一种抗干扰无人飞行器路径跟踪控制方法
CN111880557B (zh) 一种无人机集群编队飞行控制方法及装置
CN113602350A (zh) 车辆前轮偏差角动态标定方法、装置、设备及存储介质
CN109799828A (zh) 自动驾驶车辆横纵向协调控制方法
CN110687797B (zh) 一种基于位置和姿态的自适应mpc泊车横向控制方法
WO2023024914A1 (zh) 车辆避让方法、装置、计算机设备和存储介质
CN110109451A (zh) 一种考虑路径曲率的新型几何学路径跟踪算法
CN108052106A (zh) 一种基于ros的无人驾驶农机路径跟踪系统
CN109492599A (zh) 一种多轴电客车自导向方法
CN112650217B (zh) 一种基于评估函数的机器人轨迹跟踪策略动态优化方法
CN114228715B (zh) 一种车辆队列联合控制方法、装置、设备及存储介质
CN113311817A (zh) 车辆协同控制测试方法、装置、电子设备及存储介质
CN112214036B (zh) 一种实用型主从机编队飞行控制方法
CN114973633A (zh) 无人车辆编队行驶控制方法及系统
CN114237298B (zh) 一种无人机编队飞行中僚机跟随长机的控制方法及系统
CN109032128A (zh) 离散多agv非质点系统的三角编队控制方法
CN111413689A (zh) 一种基于rviz实现多激光雷达点云对齐的高效静态标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant