CN112486203B - 一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法 - Google Patents

一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112486203B
CN112486203B CN202011290804.1A CN202011290804A CN112486203B CN 112486203 B CN112486203 B CN 112486203B CN 202011290804 A CN202011290804 A CN 202011290804A CN 112486203 B CN112486203 B CN 112486203B
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
aerial vehicle
unmanned aerial
rate
control
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
CN202011290804.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112486203A (zh
Inventor
李春涛
李雪兵
王双双
苏子康
解明扬
赵振华
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.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202011290804.1A priority Critical patent/CN112486203B/zh
Publication of CN112486203A publication Critical patent/CN112486203A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112486203B publication Critical patent/CN112486203B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft

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)
  • Toys (AREA)

Abstract

本发明公开一种飞翼布局无人机赫伯斯特机动飞行控制方法，具体包括以下步骤：步骤1，升降舵控制通道采用俯仰角速率快速拉起建立机动迎角；步骤2，在无人机迎角达到目标迎角后，方向舵采用定偏航角速率的控制策略实现无人机快速转变航向；步骤3，在副翼控制通道中引入滚转角速率以及滚转角信号，实现机动飞行过程中的翼平控制；步骤4，在航向角改变180°后，升降舵采用定空速爬升的控制策略，实现无人机纵向自动俯冲、自动拉起的机动过程。本发明的一种飞翼布局无人机赫伯斯特机动飞行控制方法主要解决了赫伯斯特机动过程中的控制模态问题，其主要特征是通过升降舵控制模态与横侧向控制模态的有机配合，完成赫伯斯特机动飞行动作。

Description

一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法
技术领域：
本发明涉及一种飞翼无人赫伯斯特机动飞行控制方法，具体设计到飞翼无人机的机动飞行控制技术，属于航空器飞行控制领域。
背景技术：
目前，针对飞翼布局无人机的研究主要集中在常规飞行，在机动飞行领域，针对飞翼无人机技术研究基本停留在摸索阶段。在飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制领域的研究，更是少之又少，本专利创新性的提出基于多控制通道协同、末端自动拉起的控制技术，其在工程上易于实现，具有重要的工程实用价值。
发明内容：
发明目的：本发明的目的在于克服飞翼布局无人机机动飞行的难点，充分发挥出飞翼气动布局无人机机动飞行控制能力，提高飞翼布局无人机的机动性，增加飞翼布局无人机的战场生存能力和空中格斗能力。
技术方案：
一种飞翼布局无人机赫伯斯特机动飞行控制方法，包括如下步骤：
步骤1，升降舵控制通道采用俯仰角速率快速拉起建立迎角；
步骤2，在无人机迎角达到目标迎角后，方向舵采用定偏航角速率的控制策略实现无人机快速转变航向；
步骤3，在副翼控制通道中引入滚转角速率以及滚转角信号，实现机动飞行过程中的翼平控制；
步骤4，在航向角改变180°后，升降舵采用定空速爬升的控制策略，实现无人机纵向自动俯冲、自动拉起的机动过程。
进一步地，步骤1具体为：在升降舵控制通道中采用固定俯仰角速率的拉起控制策略，采用固定俯仰角速率的拉起控制方式可以使无人机快速建立迎角，其控制策略对应的数学表达式为：
Figure BDA0002783790970000021
Figure BDA0002783790970000022
其中，δE为升降舵控制输入指令，Q为俯仰角速率信号，Qg为俯仰角速率指令信号，α为无人机迎角信号，αtaget为目标迎角，
Figure BDA0002783790970000023
为俯仰角速率比例项系数，
Figure BDA0002783790970000024
为俯仰角速率积分项系数，Q0为期望俯仰角速率给定常值。
进一步地，步骤2具体为：在无人机完成建立迎角后，方向舵采用固定偏航角速率的控制方式，完成无人机航向转变，其对应的控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002783790970000025
Figure BDA0002783790970000026
其中，δR为方向舵控制输入指令，R为偏航角速率信号，Rg为偏航角速率指令信号，ψ为无人机偏航角信号，ψg为目标航向角，
Figure BDA0002783790970000027
为偏航角速率比例系数，
Figure BDA0002783790970000028
为偏航角速率积分系数，
Figure BDA0002783790970000029
为航向角误差比例系数，R0为期望偏航角速率给定数值。
进一步地，步骤3具体为：在副翼舵均采用基于滚转角速率的翼平控制策略，其控制结构如下：
Figure BDA0002783790970000031
Figure BDA0002783790970000032
φg＝0°
其中，δA为副翼舵控制输入，P为滚转角速率信号，φ为滚转角信号，φg滚转角指令信号，
Figure BDA0002783790970000033
为滚转角速率比例系数，
Figure BDA0002783790970000034
为滚转角速率积分系数，
Figure BDA0002783790970000035
为滚转角比例系数。
进一步地，步骤4具体为，在无人机航向角改变180°之后，升降舵控制通道采用自动俯冲-自动拉起的定空速控制策略，其控制结构如下：
Figure BDA0002783790970000036
Figure BDA0002783790970000037
Figure BDA0002783790970000038
其中，δE为升降舵控制输入，θ为俯仰角信号，θg俯仰角指令信号，Vias为无人指示空速信号，θg为俯仰角指令信号，Viasg为空速指令信号，
Figure BDA0002783790970000039
为俯仰角比例系数，
Figure BDA00027837909700000310
为指示空速比例系数，
Figure BDA00027837909700000311
为指示空速积分比例系数。
有益效果：本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术优点：
1.本发明充分发挥出飞翼气动布局无人机的机动飞行能力，实现赫伯斯特机动动作，具有重要的战术价值；
2.本发明实现赫伯斯特机动飞行动作，其控制策略可以大面积推广至其他无人机机动飞行控制中，甚至可以推广至有人战斗机上，大幅度提高战斗机的空战能力，大幅度降低飞行员的空战负荷，具有重要的军事价值。
3.本发明提出基于角速率控制的控制策略，充分发挥出飞翼布局无人机的灵巧性，同时提高机动飞行的鲁棒性，改善机动飞行的控制品质。
4.本发明创新性的提出基于空速控制的俯冲自动拉起的控制策略，使无人机在改出机动飞行时，具备自动改出的优点。该控制策略可以推广至有人战斗机俯冲机动改出过程中，该技术具有天然的改出优势，不需要人工干预，具备自动改出和自稳定的能力。
附图说明：
图1升降舵定俯仰角速率控制回路；
图2方向舵航向角控制回路；
图3副翼舵滚转角控制回路；
图4升降舵定空速控制回路。
具体实施方法：
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
基于一种飞翼无人赫伯斯特机动飞行控制方法，飞翼无人机的操纵控制舵面采用递进式、分步骤的控制逻辑实现无人机的赫伯斯特机动飞行；所述过程为：首先升降舵控制通道采用俯仰角速率快速拉起建立机动迎角；其次在无人机迎角达到设计目标值后，方向舵采用定偏航角速率的控制策略实现无人机机头绕速度轴旋进转向，将无人机的航向角转变180°；最后在航向角改变180°后，升降舵采用定空速爬升的控制策略，实现无人机纵向自动俯冲、自动拉起的机动过程；在机动飞行过程副翼采用翼平控制，发动机采用满油门控制，具体涉及步骤如下：
步骤1，设计升降舵控制通道快速拉起控制策略。首先升降舵δE控制通道采用俯仰角速率控制，实现飞翼无人机快速拉起机头建立迎角。如图1所示，设计升降舵快速拉起的控制策略如下：
Figure BDA0002783790970000051
Figure BDA0002783790970000052
其中，δE为升降舵控制输入指令，Q为俯仰角速率信号，Qg为俯仰角速率指令信号，α为无人机迎角信号，αtaget为目标迎角，
Figure BDA0002783790970000053
为俯仰角速率比例项系数，
Figure BDA0002783790970000054
为俯仰角速率积分项系数，Q0为期望俯仰角速率给定常值。
步骤2，设计方向舵控制通道偏航控制策略。在无人机完成建立迎角后，方向舵采用固定偏航角速率的控制方式，完成飞翼无人机快速转变航向，如图2所示，其对应的控制策略数学表达式如下：
Figure BDA0002783790970000055
Figure BDA0002783790970000056
其中，δR为方向舵控制输入指令，R为偏航角速率信号，Rg为偏航角速率指令信号，ψ为无人机偏航角信号，ψg为目标航向角，
Figure BDA0002783790970000057
为偏航角速率比例系数，
Figure BDA0002783790970000058
为偏航角速率积分系数，
Figure BDA0002783790970000059
为航向角误差比例系数，R0为期望偏航角速率给定数值。
步骤3，设计副翼舵控制通道控制翼平控制策略。在副翼控制通道中引入滚转角速率以及滚转角信号，实现机动飞行过程中的翼平控制，如图3所示，副翼舵翼平控制策略其控制结构如下：
Figure BDA00027837909700000510
Figure BDA00027837909700000511
φg＝0°
其中，δA为副翼舵控制输入，P为滚转角速率信号，φ为滚转角信号，φg滚转角指令信号，
Figure BDA0002783790970000061
为滚转角速率比例系数，
Figure BDA0002783790970000062
为滚转角速率积分系数，
Figure BDA0002783790970000063
为滚转角比例系数。
步骤4，设计升降舵控制通道自动拉起控制策略。在飞翼无人机航向角改变180°之后，为了快速改出赫伯斯特机动飞行控制过程，升降舵控制通道采用基于空速控制的自动俯冲-自动拉起的定空速控制策略，如图4所示，其控制结构如下：
Figure BDA0002783790970000064
Figure BDA0002783790970000065
Figure BDA0002783790970000066
其中，δE为升降舵控制输入，θ为俯仰角信号，θg俯仰角指令信号，Vias为无人指示空速信号，θg为俯仰角指令信号，Viasg为空速指令信号，
Figure BDA0002783790970000067
为俯仰角速率比例项系数，
Figure BDA0002783790970000068
为指示空速比例系数，
Figure BDA0002783790970000069
为指示空速积分比例系数。
以上实施案例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，升降舵控制通道采用俯仰角速率快速拉起建立迎角；
步骤2，在无人机迎角达到目标迎角后，方向舵采用定偏航角速率的控制策略实现无人机快速转变航向；步骤2具体为：在无人机完成建立迎角后，方向舵采用固定偏航角速率的控制方式，完成无人机航向转变，其对应的控制策略数学表达式如下：
Figure FDA0003379683500000011
Figure FDA0003379683500000012
其中，δR为方向舵控制输入指令，R为偏航角速率信号，Rg为偏航角速率指令信号，ψ为无人机偏航角信号，ψg为目标航向角，
Figure FDA0003379683500000013
为偏航角速率比例系数，
Figure FDA0003379683500000014
为偏航角速率积分系数，
Figure FDA0003379683500000015
为航向角误差比例系数，R0为期望偏航角速率给定数值；
步骤3，在副翼控制通道中引入滚转角速率以及滚转角信号，实现机动飞行过程中的翼平控制；
步骤4，在航向角改变180°后，升降舵采用定空速爬升的控制策略，实现无人机纵向自动俯冲、自动拉起的机动过程。
2.根据权利要求书1所述的一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法，其特征在于，步骤1具体为：在升降舵控制通道中采用固定俯仰角速率的拉起控制策略，采用固定俯仰角速率的拉起控制方式可以使无人机快速建立迎角，其控制策略对应的数学表达式为：
Figure FDA0003379683500000016
Figure FDA0003379683500000017
其中，δE为升降舵控制输入指令，Q为俯仰角速率信号，Qg为俯仰角速率指令信号，α为无人机迎角信号，αtaget为目标迎角，
Figure FDA0003379683500000021
为俯仰角速率比例项系数，
Figure FDA0003379683500000022
为俯仰角速率积分项系数，Q0为期望俯仰角速率给定常值。
3.根据权利要求书1所述的一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法，其特征在于，步骤3具体为：在副翼舵均采用基于滚转角速率的翼平控制策略，其控制结构如下：
Figure FDA0003379683500000023
Figure FDA0003379683500000024
φg＝0°
其中，δA为副翼舵控制输入，P为滚转角速率信号，φ为滚转角信号，φg滚转角指令信号，
Figure FDA0003379683500000025
为滚转角速率比例系数，
Figure FDA0003379683500000026
为滚转角速率积分系数，
Figure FDA0003379683500000027
为滚转角比例系数。
4.根据权利要求书1所述的一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法，其特征在于，步骤4具体为，在无人机航向角改变180°之后，升降舵控制通道采用自动俯冲-自动拉起的定空速控制策略，其控制结构如下：
Figure FDA0003379683500000028
Figure FDA0003379683500000029
Figure FDA00033796835000000210
其中，δE为升降舵控制输入，θ为俯仰角信号，θg俯仰角指令信号，Vias为无人指示空速信号，θg为俯仰角指令信号，Viasg为空速指令信号，
Figure FDA00033796835000000211
为俯仰角比例系数，
Figure FDA00033796835000000212
为指示空速比例系数，
Figure FDA00033796835000000213
为指示空速积分比例系数。
CN202011290804.1A 2020-11-18 2020-11-18 一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法 Active CN112486203B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011290804.1A CN112486203B (zh) 2020-11-18 2020-11-18 一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011290804.1A CN112486203B (zh) 2020-11-18 2020-11-18 一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112486203A CN112486203A (zh) 2021-03-12
CN112486203B true CN112486203B (zh) 2022-04-08

Family

ID=74931423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011290804.1A Active CN112486203B (zh) 2020-11-18 2020-11-18 一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112486203B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115469684A (zh) * 2022-11-02 2022-12-13 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种飞机控制方法、装置、介质、设备及程序产品

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351930A (en) * 1992-08-11 1994-10-04 Lord Corporation Mounting for engines and the like
EP2727834A2 (de) * 2012-10-31 2014-05-07 EADS Deutschland GmbH Bausatz und Herstellverfahren zum Herstellen eines unbemannten Luftfahr-zeugs sowie damit hergestelltes unbemanntes Luftfahrzeug
CN106707759A (zh) * 2017-02-17 2017-05-24 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种飞机Herbst机动控制方法
CN107390708A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于鲁棒伺服控制无人机起飞拉起的方法
CN109634296A (zh) * 2018-12-18 2019-04-16 南京航空航天大学 基于鲁棒伺服控制理论的小型无人机弹射起飞控制系统及方法
CN109634293A (zh) * 2018-12-05 2019-04-16 浙江大学 一种固定翼无人机翻滚机动控制方法
CN109634299A (zh) * 2018-11-12 2019-04-16 南京航空航天大学 基于多模态控制的飞翼无人机机动飞行控制方法
CN110032806A (zh) * 2019-04-16 2019-07-19 北京电子工程总体研究所 适用于隐身飞行器过失速机动的拟合方法及系统
CN111273680A (zh) * 2020-02-27 2020-06-12 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种飞翼布局无人机筋斗机动控制方法
CN111717372A (zh) * 2020-05-22 2020-09-29 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种飞翼无人机大过载稳盘机动控制方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351930A (en) * 1992-08-11 1994-10-04 Lord Corporation Mounting for engines and the like
EP2727834A2 (de) * 2012-10-31 2014-05-07 EADS Deutschland GmbH Bausatz und Herstellverfahren zum Herstellen eines unbemannten Luftfahr-zeugs sowie damit hergestelltes unbemanntes Luftfahrzeug
CN106707759A (zh) * 2017-02-17 2017-05-24 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种飞机Herbst机动控制方法
CN107390708A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于鲁棒伺服控制无人机起飞拉起的方法
CN109634299A (zh) * 2018-11-12 2019-04-16 南京航空航天大学 基于多模态控制的飞翼无人机机动飞行控制方法
CN109634293A (zh) * 2018-12-05 2019-04-16 浙江大学 一种固定翼无人机翻滚机动控制方法
CN109634296A (zh) * 2018-12-18 2019-04-16 南京航空航天大学 基于鲁棒伺服控制理论的小型无人机弹射起飞控制系统及方法
CN110032806A (zh) * 2019-04-16 2019-07-19 北京电子工程总体研究所 适用于隐身飞行器过失速机动的拟合方法及系统
CN111273680A (zh) * 2020-02-27 2020-06-12 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种飞翼布局无人机筋斗机动控制方法
CN111717372A (zh) * 2020-05-22 2020-09-29 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种飞翼无人机大过载稳盘机动控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于免疫粒子群优化的反演超机动飞行控制率;杨婷婷;《西北工业大学学报》;20150630;正文第500-505页 *
飞行器气动/控制一体化机动飞行的数值模拟研究;陈琦;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)·工程科技Ⅱ辑》;20170515;正文第184-202页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112486203A (zh) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11181932B2 (en) Combined pitch and forward thrust control for unmanned aircraft systems
CN111123967B (zh) 一种基于自适应动态逆的固定翼无人机着舰控制方法
CN205854492U (zh) 一种可拆卸的尾座式垂直起降无人机
CN112034875B (zh) 一种常规布局通用型无人机全自动离地起飞控制方法
CN107390708A (zh) 一种基于鲁棒伺服控制无人机起飞拉起的方法
CN107310714B (zh) 飞翼布局隐身无人机的飞控系统及其控制方法
CN104554707A (zh) 一种新型飞翼无人机及其航向控制方法
CN111717372A (zh) 一种飞翼无人机大过载稳盘机动控制方法
CN112433534B (zh) 一种飞翼无人机半滚倒转机动飞行控制方法
CN112429265A (zh) 一种炮射无人机炮射起飞控制方法
CN109542111B (zh) 基于分段式的无人机超低空飞行控制方法
CN212965864U (zh) 一种常规布局通用型无人机全自动离地起飞控制系统
CN112486203B (zh) 一种飞翼无人机赫伯斯特机动飞行控制方法
CN115933733A (zh) 一种固定翼无人机纵向高度速度解耦非线性控制方法
CN114637319A (zh) 一种两通道无人机的半滚倒转机动飞行控制方法
CN110576965B (zh) 一种最少舵面配置的无人机布局及其控制方法
CN116300988A (zh) 一种基于分数阶滑模的先进布局无人机抗干扰控制策略
CN114740902B (zh) 一种飞翼布局无人机火箭助推发射起飞控制方法
CN111268100A (zh) 一种静不稳定的飞翼布局飞行器增稳控制方法
CN214267954U (zh) 一种可倾转旋翼的复合结构飞行器
WO2020078139A1 (zh) 一种基于陆空车辆跳飞的控制方法和系统
CN108033025B (zh) 一种航空发动机推力控制系统
CN102393749B (zh) 一种确定多操纵面飞机起飞着陆阶段各操纵面使用优先级的方法
CN114326801B (zh) 一种地效飞行器指数开关滚转限制器设计方法
CN111874212B (zh) 一种实用过失速v尾倾转角自适应控制方法

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