CN112357060B - 一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法，包括以下步骤S1、当无人机飞行高度出现偏差时，控制逻辑获取自驾仪姿态控制器的目标俯仰角；S2、控制逻辑将目标俯仰角度进行判断，并输出；S3、控制逻辑将输出的目标俯仰角度转换成输出比例；S4、控制逻辑将输出比例输出至襟翼执行机构进行执行；S5、襟翼根据输出比例进行运动。本发明所述的控制方法可以使得固定翼无人机在进行航线飞行过程中的俯仰角度振幅降低到原有的50％，同时还可以使得固定翼无人机在进行航线飞行过程中的高程波动振幅降低到原有的50％。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其是涉及一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法。
背景技术
为了提高固定翼无人机在飞行时候的飞行姿态，即俯仰姿态波动幅度与高程波动幅度。在传统总能量控制姿态的基础上添加姿态高程收敛算法。在不影响传统总能量控制算法的基础上，使用襟翼做为俯仰姿态及高程收敛，在姿态控制之前先行收敛高程波动，已达到降低俯仰及高程振幅波动的效果。
传统的襟翼大多使用在固定翼无人机起飞阶段，用以增加机翼升力来达到起飞的目的。而此次使用襟翼控制高程收敛是在固定翼无人机巡航过程中使用襟翼在飞行过程中实时调整整机升力大小。来达到控制俯仰及收敛高程差的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法，以解决现有固定翼低功耗翼型带来的姿态及高程控制不佳的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法，包括以下步骤：
S1、当无人机飞行高度出现偏差时，控制逻辑获取自驾仪姿态控制器的目标俯仰角；
S2、控制逻辑将目标俯仰角度进行判断，并输出；
S3、控制逻辑将输出的目标俯仰角度转换成输出比例；
S4、控制逻辑将输出比例输出至襟翼执行机构进行执；
S5、襟翼根据输出比例进行运动。
进一步的，所述步骤S2中目标俯仰角度判断过程如下：
进一步的，所述步骤S3中输入比例的过程如下：将目标俯仰角部分的襟翼输百分比＝0.5+目标俯仰角部分的襟翼输出量*0.001进行计算得到结果，将结果输入到CUAV V5开源飞控中进行比例输出，输出范围为：从-5度到5度输出为0-100％。
进一步的，所述步骤S5中输出比例为0％时，襟翼向上运动，改变带襟翼段的机翼气动外形，输出比例大于0％时，襟翼向下运动，改变带襟翼段的机翼气动外形。
相对于现有技术，本发明所述的一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法具有以下优势：
本发明所述的控制方法可以使得固定翼无人机在进行航线飞行过程中的俯仰角度振幅降低到原有的50％，同时还可以使得固定翼无人机在进行航线飞行过程中的高程波动振幅降低到原有的50％。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的示意图；
图2为本发明实施例所述的无人机后半部分开启襟翼高程收敛后，平飞过程的高度波动明显减小示意图；
图3为本发明实施例所述的无人机后半部分开启襟翼高程收敛后，平飞过程的俯仰波动明显减小示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法，包括以下步骤：
S1、当无人机飞行高度出现偏差时，控制逻辑获取自驾仪姿态控制器的目标俯仰角；
S2、控制逻辑将目标俯仰角度进行判断，并输出；
S3、控制逻辑将输出的目标俯仰角度转换成输出比例；
S4、控制逻辑将输出比例输出至襟翼执行机构进行执行；
S5、襟翼根据输出比例进行运动。
所述步骤S2中目标俯仰角度判断过程如下：
所述步骤S3中输入比例的过程如下：将目标俯仰角部分的襟翼输百分比＝0.5+目标俯仰角部分的襟翼输出量*0.001进行计算得到结果，将结果输入到CUAV V5开源飞控中进行比例输出，输出范围为：从-5度到5度输出为0-100％。
所述步骤S5中输出比例为0％时，襟翼向上运动，改变带襟翼段的机翼气动外形，输出比例大于0％时，襟翼向下运动，改变带襟翼段的机翼气动外形。
具体实现过程如下：
1、抛弃传统襟翼控制逻辑，使用襟翼位置与俯仰姿态角，高程差混合控制的逻辑，
2、参数化所需的功能开关、俯仰角度基准，俯仰角度控制极限、高程控制极限、襟副翼襟翼部分混控比例。
此功能需使用固定翼无人机进行相关参数及成果的验证。下文使用CUAV V5开源飞控进行功能实现。
在固定翼平飞模式下，当遇到环境因素导致固定翼飞行器的飞行高度超过设定高度时，通过此控制逻辑，使得襟翼向上动作，来减低整机的机翼升力，使得固定翼无人机回到原有的设定高度，在此过程中固定翼无人机襟翼向上动作的角度与飞行高度差(当前高度与设定高度的差值)成线行关系，即无人机当前高度距离设定高度越远，襟翼向上角度越大，直至到设定的襟翼极限位置为止。反之亦然，当固定翼无人机低于设定高度时，襟翼向下动作。
在固定翼平飞模式下，当遇到环境因素导致固定翼飞行器的飞行高度超过设定高度时，通常的总能量控制算法会使得固定翼无人机台头飞行，其目的是增大机翼迎角来增大整机升力，在传统的总能量控制算法的基础上，增加此控制逻辑，会使得当飞机台头运动时襟翼向下动作，来提高整机的机翼升力，达到收敛固定翼无人机控制高度时的俯仰角度极限。反之亦然，当固定翼无人机低头飞行时，襟翼向上动作。
此控制逻辑是基于PX4自驾仪的基本功能上修改部分代码来实现。调用总能量控制算法的部分变量(目标俯仰角nav_pitch_cd)。修改原有的襟翼动作逻辑(手动控制与起飞阶段2段控制)修改为襟翼实时控制，且控制方法与无人机自驾仪控制的目标俯仰角进行关联与换算，从而达到空中改变无人机气动特性的；
综上两点，此控制方法可以有效较小固定翼无人机作业过程中的姿态波动。
第一步：当无人机飞行高度与目标高度出现偏差时总能量控制算法会使得无人机的目标俯仰角进行改改变来使无人机达到目标高度。
第二部，当高度出现偏差时，获取自驾仪姿态控制器的目标俯仰角(DesPit)并赋值于FlapDesPit
第三步：将FlapDesPit进行限幅，即判断，在-5度到5度内，按实际输出，小于-5度按-5度输出，大于5度按5度输出。(FlapDesPit＝(constrain_int32(((500*(nav_pitch_cd-g.flap_trim_pitch_cd))/g.flap_navpitch_limit,-500,500)))
第四步：将限幅后的FlapDesPit转换为输出比例(FlapDesPitPercent)，即从-5度到5度输出为0-100％(FlapDesPitPercent＝0.5+FlapDesPit*0.001)
第五步：将输出比例(FlapDesPitPercent)输出至襟翼执行机构进行执行。
第六步：襟翼做动，即当无人机飞行高度超过目标高度时，FlapDesPitPercent输出为0％时，襟翼向上运动，改变带襟翼段的机翼气动外形，减小整机升力，使得无人机因升力减小而向下运动。反之亦然，故可以使用襟翼达到高程收敛的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种固定翼无人机襟翼高程收敛控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、当无人机飞行高度出现偏差时，控制逻辑获取自驾仪姿态控制器的目标俯仰角；
S2、控制逻辑将目标俯仰角度进行判断，并输出；
所述步骤S2中目标俯仰角度判断过程如下：
利用目标俯仰角部分的襟翼输出量=500×（目标俯仰角-固定翼平飞俯仰基准）进行计算得到结果，并对结果进行数学限幅，即最大输出500，最小输出-500，将数学限幅的结果输入到CUAVV5开源飞控中进行判断，判断结果在-5度到5度内，按实际输出，小于-5度按-5度输出，大于5度按5度输出；
S3、控制逻辑将输出的目标俯仰角度转换成输出比例；
输出比例的过程如下：将目标俯仰角部分的襟翼输百分比=0.5 + 目标俯仰角部分的襟翼输出量 * 0.001进行计算得到结果，将结果输入到CUAVV5开源飞控中进行比例输出，输出范围为：从-5度到5度输出为0-100%；
S4、控制逻辑将输出比例输出至襟翼执行机构进行执行；
S5、襟翼根据输出比例进行运动；无人机飞行高度超过目标高度时，飞机低头运动，襟翼向上运动，改变带襟翼段的机翼气动外形，反之，飞机抬头飞行运动，襟翼向下运动，改变带襟翼段的机翼气动外形。
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