CN114610052A - 无人机迫降控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN114610052A CN202210299027.XA CN202210299027A CN114610052A CN 114610052 A CN114610052 A CN 114610052A CN 202210299027 A CN202210299027 A CN 202210299027A CN 114610052 A CN114610052 A CN 114610052A
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唐瑞卿
任杰
方雄
王振东
王毅
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    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G—PHYSICS
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Abstract

本申请的实施例公开一种无人机迫降控制方法、装置、设备及存储介质，该方法通过在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程。解决了现有技术中无人机迫降不稳定的技术问题，提高了无人机迫降过程的稳定性。

Description

无人机迫降控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及无人机控制技术领域，尤其涉及发明名称一种无人机迫降控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在无人机的发展历程中，由于无人机无飞行员直接参与控制，既可以避免飞行员伤亡，又可以突破人体生理的限制约束，充分挖掘了飞行器的飞行潜能；同时相比有人机，无人机的成本较低、恶劣环境适应能力强，因此无人机技术诞生后便发展迅猛。
目前的航空领域中，对于无人机而言，由于缺少飞行员的及时反馈和操作，飞行控制策略和空滑迫降能力预估的重要性就显得更为突出。无人机在空中出现发动机停车故障，失去动力，导致其可控性急剧下降，无法继续飞行任务，甚至在某些情形下无法正常返场，可能造成周边财产的重大损失并对附近人员的安全构成威胁。因此，如何提高无人机迫降的稳定性，是该领域亟待解决的问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种无人机迫降控制方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中如何提高无人机迫降的稳定性的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种无人机迫降控制方法，包括：
在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；
若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；
在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；
若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
可选地，所述判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量的步骤之后，所述方法还包括：
若所述第一单位剩余能量大于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；
在所述目标无人机距离迫降盘旋半径预设距离时，判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量；
若所述第二单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机继续向所述迫降点飞行；并在所述目标无人机继续向所述迫降点飞行的过程中判断所述目标无人机的第一相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第一待飞距里是否小于回收距离；
若所述第一相对高度低于开伞理想高度或所述第一待飞距里小于回收距离，则按照第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；并在所述第二指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值时，按照所述第二控制策略控制所述目标无人机按照所述预定姿态继续向所述迫降点飞行所述预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第三控制策略包括：根据高度保持控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
可选地，所述在所述目标无人机距离迫降盘旋半径预设距离时，判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量的步骤之后，所述方法还包括：
若所述第二单位剩余能量大于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机按照所述迫降盘旋半径绕所述迫降点盘旋；
在盘旋过程中持续判断所述目标无人机的第三单位剩余能量是否大于单位边界能量；
若所述第三单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机继续向所述迫降点飞行；并在所述目标无人机继续向所述迫降点飞行的过程中判断所述目标无人机的第二相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第二待飞距里是否小于回收距离；
若所述第二相对高度低于开伞理想高度或所述第二待飞距里小于回收距离，则按照所述第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；并在所述第三指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值时，按照所述第二控制策略控制所述目标无人机按照所述预定姿态继续向所述迫降点飞行所述预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程。
可选地，所述俯仰角空速控制模态的表达式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000031
Figure RE-GDA0003633345170000032
θg＝θref+θNAV
Figure RE-GDA0003633345170000033
其中，
Figure RE-GDA0003633345170000034
为俯仰角空速控制模态的控制电路中滤波器的传递函数，s为复参变量，a为滤波器的参数，δe为等效升降舵偏度，q为俯仰角速率，qg为俯仰角速率给定，θ为俯仰角，θg为俯仰角给定，θref为俯仰角前馈量，θNAV为制导律解算的俯仰角，
Figure RE-GDA0003633345170000041
为指示空速给定，VIAS为指示空速，
Figure RE-GDA0003633345170000042
Figure RE-GDA0003633345170000043
为俯仰角空速控制模态的控制电路中各控制器的增益。
可选地，所述俯仰角控制模态的表达式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000044
其中，δe为等效升降舵偏度，θg为俯仰角给定值，θ为俯仰角，
Figure RE-GDA0003633345170000045
为俯仰角控制模态的控制电路中各控制器的增益。
可选地，所述滚转角控制模态的表达式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000046
其中，δa为等效副翼偏度，φg为滚转角给定值，φ为滚转角，
Figure RE-GDA0003633345170000047
为滚转角控制模态的控制电路中各控制器的增益。
可选地，所述高度控制模态的表达式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000048
Figure RE-GDA0003633345170000049
θg＝θref+θNAV
Figure RE-GDA00036333451700000410
Figure RE-GDA00036333451700000411
其中，δe为等效升降舵偏度，q为俯仰角速率，qg为俯仰角速率给定，θ为俯仰角，θg为俯仰角给定，θref为俯仰角前馈量，H为无人机的相对高度，
Figure RE-GDA00036333451700000412
为升降速度，Hg为高度给定，
Figure RE-GDA00036333451700000413
为升降速度给定，
Figure RE-GDA00036333451700000414
Figure RE-GDA00036333451700000415
为高度控制模态的控制电路中各控制器的增益。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种无人机迫降控制装置，包括：
第一判断模块，用于在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；
第一控制模块，用于若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；
第二判断模块，用于在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；
第二控制模块，用于若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种控制设备，该控制设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。
本申请所能实现的有益效果。
本申请实施例提出的一种无人机迫降控制方法、装置、设备及存储介质，该方法通过在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。也即，该方法提供了一种新的基于能量管理的无人机迫降方法，针对失去动力的无人机，通过对其进行实时的能量评估，并基于无人机能量情况，按照不同的控制策略实现对无人机迫降的平稳控制。解决了现有技术中无人机迫降不稳定的技术问题，提高了无人机迫降过程的稳定性；同时，基于能量管理和迫降点的配合，使得该迫降控制方法可以精准控制无人机的迫降点，提高安全性。
附图说明
图1为本申请实施例涉及的硬件运行环境的控制设备结构示意图；
图2为本申请实施例的一种无人机迫降控制方法的流程示意图；
图3为本申请实施例中俯仰角空速控制模态的控制电路结构示意图；
图4为本申请实施例中航迹跟踪控制模态的控制电路结构示意图；
图5为本申请实施例中俯仰角控制模态的控制电路结构示意图；
图6为本申请实施例中滚转角控制模态的控制电路结构示意图；
图7为本申请实施例的另一种无人机迫降控制方法的流程示意图；
图8为本申请实施例的另一种无人机迫降控制方法的流程示意图；
图9为本申请实施例的目标无人机的涉及盘旋的迫降路线示意图；
图10为本申请实施例的无人机迫降控制装置的功能模块示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例的主要解决方案是：通过在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
对于无人机而言，由于缺少飞行员的及时反馈和操作，飞行控制策略和空滑迫降能力预估的重要性就显得更为突出。无人机在空中出现发动机停车故障，失去动力，导致其可控性急剧下降，无法继续飞行任务，甚至在某些情形下无法正常返场，可能造成周边财产的重大损失并对附近人员的安全构成威胁。因此，如何确保飞行的稳定性并安全地回收无人机，是该领域亟待解决的问题。
为此，本申请提供一种解决方案，提供了一种新的基于能量管理的无人机迫降方法，针对失去动力的无人机，通过对其进行实时的能量评估，并基于无人机能量情况，按照不同的控制策略实现对无人机迫降的平稳控制。解决了现有技术中无人机迫降不稳定的技术问题，提高了无人机迫降过程的稳定性；同时，基于能量管理和迫降点的配合，使得该迫降控制方法可以精准控制无人机的迫降点，提高安全性。
参照图1，图1为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的控制设备结构示意图。
如图1所示，该控制设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI) 接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory， RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及电子程序。
在图1所示的控制设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明控制设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在控制设备中，所述控制设备通过处理器 1001调用存储器1005中存储的无人机迫降控制装置，并执行本申请实施例提供的无人机迫降控制方法。
本实施例中的控制设备可以是无人机上的控制设备，直接通过通信方式对无人机进行控制；也可以是地面设备，通过无线电对无人机进行控制。
参照图2，基于前述实施例的硬件设备，本申请的实施例提供一种无人机迫降控制方法，包括：
S20、在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量。
在具体实施过程中，目标无人机是指任意的无人机，其失去动力时指因为发动机故障等原因发动机停止运行。第一单位剩余能量是指目标无人机在失去动力时的第一单位剩余能量，可以理解的是，无人机失去动力时，质量不变，因此，用
Figure RE-GDA0003633345170000091
其中，Vc为当前指示空速，Hrel_c为当前距迫降点的相对高度。单位边界能量是指能够支撑目标无人机空滑至迫降点附近的最小能量，在本实施例中，
Figure RE-GDA0003633345170000092
Figure RE-GDA0003633345170000093
其中，Vend为回收目标指示空速，Hrel_end为回收目标相对高度。
因此，可以理解的是，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量是为了判断目标无人机的当前能量是否能支撑起空滑至迫降点附近。
S40、若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行。
在具体实施过程中，迫降点是指无人机的迫降地点。可以理解的是，作为一种可能的情况，若第一单位剩余能量小于等于单位边界能量，则代表当前目标无人机剩余能量不充足，需要尽快的朝迫降点飞行，以安全迫降。因此，在具体实施过程中，需要按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行。其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
作为一种实施方式，参见图3，图3为俯仰角空速控制模态的控制电路结构示意图，结合图3中可以看出，俯仰角空速控制模态可以通过调整目标无人机的俯仰角实现对空速的控制，采用比例加积分的控制结构，以给定空速
Figure RE-GDA0003633345170000101
为控制目标，采用比例积分的控制方式实现对纵向回路的控制。具体的，俯仰角表速控制模态主要实现步骤包括：①接收来自飞行控制计算机发出的指示空速给定值
Figure RE-GDA0003633345170000102
②接收来自空速传感器输出的指示空速信号 (VIAS)、俯仰角(θ)、俯仰角速率(q)；③通过比例积分控制器闭环纵向控制回路，解算控制律并输出升降舵偏度控制信号，从而实现目标无人机的指示空速控制。其具体涉及的公式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000103
Figure RE-GDA0003633345170000104
θg＝θref+θNAV
Figure RE-GDA0003633345170000105
其中，
Figure RE-GDA0003633345170000106
为俯仰角空速控制模态的控制电路中滤波器的传递函数，s为复参变量，a为滤波器的参数，δe为等效升降舵偏度，q为俯仰角速率，qg为俯仰角速率给定，θ为俯仰角，θg为俯仰角给定，θref为俯仰角前馈量，θNAV为制导律解算的俯仰角，
Figure RE-GDA0003633345170000107
为指示空速给定，VIAS为指示空速，
Figure RE-GDA0003633345170000108
Figure RE-GDA0003633345170000109
为俯仰角空速控制模态的控制电路中各控制器的增益。
作为一种实施方式，参见图4，图4为航迹跟踪控制模态的控制电路结构示意图，结合图4中可以看出，航迹跟踪控制模态可以采用比例加积分的控制方式，以侧偏距(Y)为横侧向主控外回路，以滚转角(φ)作为内回路控制目标，引入滚转角速率(p)、侧偏移速度
Figure RE-GDA00036333451700001010
来增加阻尼，跟踪给定滚转角目标值(φg)实现航迹跟踪控制。具体的，航迹跟踪控制模态的主要实现步骤包括：①接收来自飞行控制计算机发出的滚转角给定值(φg)；②接收来自传感器的滚转角信号(p)、滚转角速率信号(p)，解算得到的侧偏距(Y)、侧偏移速度
Figure RE-GDA00036333451700001011
③综合上述信号，通过比例积分控制器闭环横航向控制回路，解算控制律并输出控制信号至无人机系统的执行机构(副翼舵)，从而实现对目标无人机的航迹跟踪控制。其具体涉及的公式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000111
φg＝φNAV
Figure RE-GDA0003633345170000112
其中，
Figure RE-GDA0003633345170000113
和
Figure RE-GDA0003633345170000114
为航迹跟踪控制模态的控制电路中各控制器的增益。
S60、在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值。
在具体实施过程中，第一指示空速是指无人机的当前飞行速度，开伞速度阈值是指目标无人机允许开伞的最大指示速度。可以理解的是，在目标无人机向迫降点飞行过程中，无人机的指示空速小于等于允许开伞速度阈值时，表示目标无人机需要进入开伞准备状态，否则就会有坠落的风险，因此，需要在目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值。
S80、若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程。
在具体实施过程中，无人机的指示空速小于等于允许开伞速度阈值时，表示目标无人机需要进入开伞准备状态。因此，需要按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行。预定姿态是指目标无人机定姿态飞行的状态，具体的，俯仰角控制并保持为0度。预设时间是指保持预定姿态的时间，可以根据目标无人机的具体情况进行设定，只要能满足开伞的无人机稳定飞行状态需求即可，在本实施例中预设时间可以为2s。
其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
作为一种实施方式，参见图5，图5为俯仰角控制模态的控制电路结构示意图，结合图5中可以看出，俯仰角控制模态可以采用比例加积分的控制方式，以俯仰角(θ)为纵向主控外回路，跟踪给定俯仰角目标值(θg)实现对无人机纵向姿态控制。具体的，俯仰角控制模态实现步骤包括：①接收来自飞行控制计算机发出的俯仰角给定值(θ_ref)；②接收来自传感器的俯仰角信号(θ)和俯仰角速率信号(q)；③综合上述信号，通过比例积分控制器闭环横侧向控制回路，解算控制律并输出控制信号至无人机系统的执行机构(升降舵)，从而实现对目标无人机的滚转角保持与的控制。其具体涉及的公式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000121
其中，δe为等效升降舵偏度，θg为俯仰角给定值，θ为俯仰角，
Figure RE-GDA0003633345170000122
为俯仰角控制模态的控制电路中各控制器的增益。
作为一种实施方式，参见图6，图6为滚转角控制模态的控制电路结构示意图，结合图6中可以看出，滚转角控制模态可以采用比例积分的控制方式，以滚转角
Figure RE-GDA0003633345170000125
为横侧向主控外回路，跟踪给定滚转角目标值实现对目标无人机左滚、翼平、右滚的姿态控制。具体的，滚转角控制模态实现步骤包括：①接收来自飞行控制计算机发出的滚转角给定值(φg)；②接收来自传感器的滚转角信号(φ)和滚转角速率信号(p)；③综合上述信号，通过比例积分控制器闭环横侧向控制回路，解算控制律并输出控制信号至副翼舵，从而实现对目标无人机的滚转角保持与的控制。其具体涉及的公式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000123
其中，δa为等效副翼偏度，φg为滚转角给定值，φ为滚转角，
Figure RE-GDA0003633345170000124
为滚转角控制模态的控制电路中各控制器的增益。
以上是目标无人机的第一单位剩余能量小于等于单位边界能量时，目标无人机的迫降控制方法，下面介绍另外一种情况，即目标无人机的第一单位剩余能量大于单位边界能量时，目标无人机的迫降控制方法。
在另外一种实施方式中，参见图7，所述判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量的步骤之后，所述方法还包括：
S302、若所述第一单位剩余能量大于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；
在具体实施过程中，第一单位剩余能量大于所述单位边界能量表示能量充裕，在本实施例中，还可以进一步判断第一单位剩余能量是否大于单位修正能量，其中，单位修正能量＝单位边界能量+损耗能量，
Figure RE-GDA0003633345170000131
Figure RE-GDA0003633345170000132
Kloss由无人机阻力、不对称性及外挂物等因素共同决定，DTG为无人机当前位置到预定迫降点的直线距离，K为当前迎角下的升阻比，Eturn_loss为无人机转过90°损耗的单位能量。
可以理解的是，当能量充裕时，不能在降落前达到开伞的空速要求，但为了尽可能保证目标无人机的迫降安全性，在该种情况下，还是应该尽快让目标人机朝迫降点靠近，以防止因能量不足而无法以正确的姿态在迫降点降落。因此，在本实施例中还是可以按照所述第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行。
S304、在所述目标无人机距离迫降盘旋半径预设距离时，判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量；
在具体实施过程中，迫降盘旋半径是指无人机在迫降前盘旋的半径，第二单位剩余能量是指目标无人机在飞行到距离迫降盘旋半径预设距离时的当前单位剩余能量。预设距离是指与迫降盘旋半径的距离，可以根据情况进行设置，例如50米等。
具体的，由于目标无人机的剩余能量充裕，因此，可以在降落前绕迫降点进行盘旋消耗能量。但目标无人机飞行到迫降盘旋半径附近时，已经消耗掉一些能量，此时需要再次进行剩余能量的评估，因此，需要判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量。
S306、若所述第二单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机继续向所述迫降点飞行；并在所述目标无人机继续向所述迫降点飞行的过程中判断所述目标无人机的第一相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第一待飞距里是否小于回收距离；
在具体实施过程中，第一相对高度是指目标无人机距离地面的相对高度，开伞理想高度是指开伞的要求高度；第一待飞距里是指目标无人机的剩余飞行距离，回收距离是指无人机开伞时距离迫降点的距离。
具体的，判断所述目标无人机的第一相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第一待飞距里是否小于回收距离，是为了判断目标无人机当前是否满足开伞预备条件。
S308、若所述第一相对高度低于开伞理想高度或所述第一待飞距里小于回收距离，则按照第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；并在所述第二指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值时，按照所述第二控制策略控制所述目标无人机按照所述预定姿态继续向所述迫降点飞行所述预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程。
在具体实施过程中，第一相对高度低于开伞理想高度或所述第一待飞距里小于回收距离表示满足开伞预备条件，此时，需要控制目标无人机的空速，以最终满足开伞条件。此时，按照第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行，以控制目标无人机的指示空速。具体的，所述第三控制策略包括：根据高度保持控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
作为一种实施方式，高度控制模态可以以俯仰角作为内回路，对高度进行控制与保持，其输入信号包括高度指令以及当前高度、升降速率、升降加速度、俯仰角、俯仰角速率、迎角等，输出为升降舵偏转角度，具体的表达式包括：
Figure RE-GDA0003633345170000151
Figure RE-GDA0003633345170000152
θg＝θref+θNAV
Figure RE-GDA0003633345170000153
Figure RE-GDA0003633345170000154
其中，δe为等效升降舵偏度，q为俯仰角速率，qg为俯仰角速率给定，θ为俯仰角，θg为俯仰角给定，θref为俯仰角前馈量，H为无人机的相对高度，
Figure RE-GDA0003633345170000155
为升降速度，Hg为高度给定，
Figure RE-GDA0003633345170000156
为升降速度给定，
Figure RE-GDA0003633345170000157
Figure RE-GDA0003633345170000158
为高度控制模态的控制电路中各控制器的增益。
具体的，高度控制模态主要实现步骤包括：①接收来自飞行控制计算机发出的高度给定值(Hg)；②接收来自传感器输出的高度信号(H)；③并引入升降速度
Figure RE-GDA0003633345170000159
作为高度控制的微分信号用于增强系统阻尼；④综合上述信号，通过比例积分微分控制器输出俯仰角控制目标，从而实现目标无人机的高度的控制。
作为另一种可选的方式，参见图8，所述在所述目标无人机距离迫降盘旋半径预设距离时，判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量的步骤之后，所述方法还包括：
S312、若所述第二单位剩余能量大于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机按照所述迫降盘旋半径绕所述迫降点盘旋；
在具体实施过程中，第二单位剩余能量大于所述单位边界能量代表当前能量还是过剩，无法进行开伞迫降，因此，可以控制所述目标无人机按照所述迫降盘旋半径绕所述迫降点盘旋；参见图9，图9为目标无人机的涉及盘旋的迫降路线示意图。
S314、在盘旋过程中持续判断所述目标无人机的第三单位剩余能量是否大于单位边界能量；
在具体实施过程中，为了最终实现开伞迫降，在盘旋过程中需要持续关注单位剩余能量是否小于单位边界能量，以便进行后续迫降准备。
S316、若所述第三单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机继续向所述迫降点飞行；并在所述目标无人机继续向所述迫降点飞行的过程中判断所述目标无人机的第二相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第二待飞距里是否小于回收距离；
在具体实施过程中，第二相对高度为目标无人机距离地面的相对高度，开伞理想高度是指开伞的要求高度；第二待飞距里是指目标无人机的剩余飞行距离，回收距离是指无人机开伞时距离迫降点的距离。具体的，该步骤实质上的执行过程与步骤S306相同，这里不再赘述。
S318、若所述第二相对高度低于开伞理想高度或所述第二待飞距里小于回收距离，则按照所述第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；并在所述第三指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值时，按照所述第二控制策略控制所述目标无人机按照所述预定姿态继续向所述迫降点飞行所述预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程。
在具体实施过程中，该步骤实质上的执行过程与步骤S308相同，这里不再赘述。
可以理解的是，绕迫降盘旋半径盘旋消耗剩余能量，一方面可以保证能量消耗的安全性，另一方面，距离迫降点近，遇到紧急情况时迫降更容易落到迫降点，提高迫降准确性。
此外，本实施例的基于能量管理的迫降控制方法实际上是对当前飞机的指示空速、距迫降点的相对高度及距离进行计算并实时规划航迹使飞机向迫降点稳定飞行，通过本实施例中的各个控制模态的控制电路、具体表达式以及控制逻辑，实现了迫降过程中的剩余能量控制，最大限度的控制目标无人机准确迫降到指定地点。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本申请的技术方案并不构成任何限制，本领域的技术人员在实际应用中可以基于需要进行设置，此处不做限制。
通过上述描述不难发现，本实施例的方法提供了一种新的基于能量管理的无人机迫降方法，针对失去动力的无人机，通过对其进行实时的能量评估，并基于无人机能量情况，按照不同的控制策略实现对无人机迫降的平稳控制。解决了现有技术中无人机迫降不稳定的技术问题，提高了无人机迫降过程的稳定性；同时，基于能量管理和迫降点的配合，使得该迫降控制方法可以精准控制无人机的迫降点，提高安全性。
参照图10，基于相同的发明思路，本申请的实施例还提供一种无人机迫降控制装置，包括：
第一判断模块，用于在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；
第一控制模块，用于若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；
第二判断模块，用于在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；
第二控制模块，用于若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
需要说明的是，本实施例中无人机迫降控制装置中各模块是与前述实施例中的无人机迫降控制方法中的各步骤一一对应，因此，本实施例的具体实施方式和达到的技术效果可参照前述无人机迫降控制方法的实施方式，这里不再赘述。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本申请的技术方案并不构成任何限制，本领域的技术人员在实际应用中可以基于需要进行设置，此处不做限制。
此外，在一种实施例中，本申请还提供一种控制设备，所述控制设备包括处理器，存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时实现前述实施例中方法的步骤。
此外，在一种实施例中，本申请还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时实现前述实施例中方法的步骤。
在一些实施例中，计算机可读存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、 EPROM、EEPROM、闪存、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。计算机可以是包括智能终端和服务器在内的各种计算设备。
在一些实施例中，可执行指令可以采用程序、软件、软件模块、脚本或代码的形式，按任意形式的编程语言(包括编译或解释语言，或者声明性或过程性语言)来编写，并且其可按任意形式部署，包括被部署为独立的程序或者被部署为模块、组件、子例程或者适合在计算环境中使用的其它单元。
作为示例，可执行指令可以但不一定对应于文件系统中的文件，可以可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分，例如，存储在超文本标记语言(HTML，Hyper TextMarkup Language)文档中的一个或多个脚本中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者，存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。
作为示例，可执行指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台多媒体终端设备(可以是手机，计算机，电视接收机，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机迫降控制方法，其特征在于，包括：
在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；
若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；
在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；
若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量的步骤之后，所述方法还包括：
若所述第一单位剩余能量大于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；
在所述目标无人机距离迫降盘旋半径预设距离时，判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量；
若所述第二单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机继续向所述迫降点飞行；并在所述目标无人机继续向所述迫降点飞行的过程中判断所述目标无人机的第一相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第一待飞距里是否小于回收距离；
若所述第一相对高度低于开伞理想高度或所述第一待飞距里小于回收距离，则按照第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；并在所述第二指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值时，按照所述第二控制策略控制所述目标无人机按照所述预定姿态继续向所述迫降点飞行所述预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第三控制策略包括：根据高度保持控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述目标无人机距离迫降盘旋半径预设距离时，判断所述目标无人机的第二单位剩余能量是否大于所述单位边界能量的步骤之后，所述方法还包括：
若所述第二单位剩余能量大于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机按照所述迫降盘旋半径绕所述迫降点盘旋；
在盘旋过程中持续判断所述目标无人机的第三单位剩余能量是否大于单位边界能量；
若所述第三单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照所述第一控制策略控制所述目标无人机继续向所述迫降点飞行；并在所述目标无人机继续向所述迫降点飞行的过程中判断所述目标无人机的第二相对高度是否低于开伞理想高度或所述目标无人机的第二待飞距里是否小于回收距离；
若所述第二相对高度低于开伞理想高度或所述第二待飞距里小于回收距离，则按照所述第三控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；并在所述第三指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值时，按照所述第二控制策略控制所述目标无人机按照所述预定姿态继续向所述迫降点飞行所述预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述俯仰角空速控制模态的表达式包括：
Figure FDA0003564113340000031
Figure FDA0003564113340000032
θg＝θref+θNAV
Figure FDA0003564113340000033
其中，
Figure FDA0003564113340000034
为俯仰角空速控制模态的控制电路中滤波器的传递函数，s为复参变量，a为滤波器的参数，δe为等效升降舵偏度，q为俯仰角速率，qg为俯仰角速率给定，θ为俯仰角，θg为俯仰角给定，θref为俯仰角前馈量，θNAV为制导律解算的俯仰角，
Figure FDA0003564113340000035
为指示空速给定，VIAS为指示空速，
Figure FDA0003564113340000036
Figure FDA0003564113340000037
为俯仰角空速控制模态的控制电路中各控制器的增益。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述俯仰角控制模态的表达式包括：
Figure FDA0003564113340000038
其中，δe为等效升降舵偏度，θg为俯仰角给定值，θ为俯仰角，
Figure FDA0003564113340000039
为俯仰角控制模态的控制电路中各控制器的增益。
6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述滚转角控制模态的表达式包括：
Figure FDA00035641133400000310
其中，δa为等效副翼偏度，φg为滚转角给定值，φ为滚转角，
Figure FDA00035641133400000311
为滚转角控制模态的控制电路中各控制器的增益。
7.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述高度控制模态的表达式包括：
Figure FDA00035641133400000312
Figure FDA00035641133400000313
θg＝θref+θNAV
Figure FDA0003564113340000041
Figure FDA0003564113340000042
其中，δe为等效升降舵偏度，q为俯仰角速率，qg为俯仰角速率给定，θ为俯仰角，θg为俯仰角给定，θref为俯仰角前馈量，H为无人机的相对高度，
Figure FDA0003564113340000043
为升降速度，Hg为高度给定，
Figure FDA0003564113340000044
为升降速度给定，
Figure FDA0003564113340000045
Figure FDA0003564113340000046
为高度控制模态的控制电路中各控制器的增益。
8.一种无人机迫降控制装置，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于在目标无人机失去动力时，判断所述目标无人机的第一单位剩余能量是否大于单位边界能量；
第一控制模块，用于若所述第一单位剩余能量小于等于所述单位边界能量，则按照第一控制策略控制所述目标无人机向迫降点飞行；其中，所述第一控制策略包括：根据俯仰角空速控制模态控制所述目标无人机的纵航向，以及根据航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向；
第二判断模块，用于在所述目标无人机向迫降点飞行过程中，判断所述目标无人机的第一指示空速是否小于等于允许开伞速度阈值；
第二控制模块，用于若所述第一指示空速小于等于所述允许开伞速度阈值，则按照第二控制策略控制所述目标无人机按照预定姿态继续向所述迫降点飞行预设时间后，控制所述目标无人机进入开伞回收过程；其中，所述第二控制策略包括：根据俯仰角控制模态和滚转角控制模态，控制所述目标无人机的纵航向；以及根据所述航迹跟踪模态控制所述目标无人机的横航向。
9.一种控制设备，其特征在于，该控制设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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