CN117289715A - 一种飞翼布局无人机航向对准控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，属于航空飞行控制技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、在拉平段时，计算出无人机副翼舵面偏转量，完成拉平段副翼通道控制；b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，完成拉平段方向舵通道控制；c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，完成对准段副翼通道控制；d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，完成对准段方向舵通道控制。本发明针对无人机在接地前有较大的航向交叉角时，能够有效进行航向修正，使无人机航向能够准确对准跑道，极大的提高了无人机着陆安全性。
Description
技术领域
本发明涉及到航空飞行控制技术领域，尤其涉及一种飞翼布局无人机航向对准控制方法。
背景技术
在侧风干扰或者自身不对称情况下，无人机在着陆时经常存在大交叉角，而飞翼布局无人机因无垂尾，在大交叉角情况下着陆时，更加难以对齐跑道。在未对齐跑道时着陆容易造成无人机着陆后旋转，影响安全。
无人机在着陆时，首先经历下滑角下滑，达到拉平高度时，转入拉平段，减小飞机当前升降速度，在达到一定高度时，转入航向对准。对准段的主要功能即为控制飞机航向对准跑道，随后飞机即可着陆。
公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献公开了一种飞翼布局无人机大侧偏着陆纠偏控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：设计方向舵通道增稳控制律；
步骤二：设计方向舵通道纠偏控制律；
步骤三：设计刹车纠偏控制律；
步骤四：设计前轮纠偏控制律；
步骤五：设计着陆前后方向舵通道增稳与纠偏控制律切换逻辑；
步骤六：设计大侧偏着陆时纠偏控制逻辑。
该专利文献公开的飞翼布局无人机大侧偏着陆纠偏控制方法，通过控制律分项限幅或者侧偏距软化手段，对现有控制器进行优化，解决了飞翼布局无人机大侧偏着陆纠偏时，含侧偏距的控制项会瞬间出现较大的纠偏量，从而导致飞机着陆后出现的较大扰动问题，提升了无人机纠偏控制效果，降低了无人机着陆安全风险。但是，针对无人机在接地前有较大的航向交叉角时，仍然存在航向不容易对准跑道的问题。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，本发明针对无人机在接地前有较大的航向交叉角时，能够有效进行航向修正，使无人机航向能够准确对准跑道，极大的提高了无人机着陆安全性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在拉平段时，计算无人机滚转角指令值，并计算出无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段副翼通道控制；
b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段方向舵通道控制；
c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段副翼通道控制；
d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段方向舵通道控制。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式1计算；
式1
其中，为无人机副翼舵面偏转量，/>为副翼通道侧滑角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角速率增稳控制参数，/>为副翼通道偏航角速率增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角比例控制参数，/>为副翼通道滚转角积分控制参数，/>为无人机侧滑角，/>为无人机滚转角速率，/>为无人机偏航角速率，/>为无人机滚转角。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式2计算；
式2
其中，为无人机滚转角指令值，/>为副翼通道侧偏距比例控制参数，/>为无人机侧偏距指令值，/>为无人机侧偏距，/>为副翼通道侧偏距积分控制参数。
所述步骤b中，无人机方向舵舵面偏转量通过式3计算；
式3
其中，为无人机方向舵舵面偏转量，/>为方向舵通道侧滑角增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道偏航角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角增稳控制参数。
所述步骤c中，无人机副翼舵面偏转量通过式4计算；
式4
其中，为无人机副翼抗偏流舵面偏转增量。
所述无人机副翼抗偏流舵面偏转增量通过式5计算；
式5
其中，为副翼通道方向舵抗偏流控制参数。
所述无人机副翼抗偏流舵面偏转增量通过式6计算；
式6
其中，为副翼通道侧滑角抗偏流控制参数。
所述步骤d中，无人机方向舵舵面偏转量通过式7计算；
式7
其中，为无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量。
所述无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量通过式8计算；
式8
其中，为方向舵通道副翼抗偏流控制参数。
所述无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量通过式9计算；
式9
其中，为方向舵通道侧滑角抗偏流控制参数。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，针对无人机在接地前有较大的航向交叉角时，能够有效进行航向修正，使无人机航向能够准确对准跑道，极大的提高了无人机着陆安全性。
2、本发明，能够使副翼回报与方向舵给定、方向舵回报与副翼给定交联在一起，大幅提升偏流法在接地时的安全性。
3、相较于公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献，未交叉使用其角速率作为阻尼项进行控制而言，本发明通过使用副翼回报、方向舵回报、无人机侧滑角、无人机航向角差和无人机滚转角及其阻尼量进行控制，从而使机头能够准确对准跑道。
4、相较于公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献解决无人机在接地时及之后存在较大的侧偏距而言，本发明能够有效解决航向对准段，即无人机在接地前有较大的航向交叉角时航向不易对准跑道的问题。
5、相较于公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献应用场景为地面而言，由于本发明航向对准跑道尚处于空中，因此，仅需对副翼和方向舵进行控制即可，便于操作。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明拉平段副翼通道控制律结构图；
图2为本发明拉平段方向舵通道控制律结构图；
图3为本发明对准段副翼通道控制律结构图；
图4为本发明对准段方向舵通道控制律结构图。
具体实施方式
实施例1
一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，包括以下步骤：
a、在拉平段时，计算无人机滚转角指令值，并计算出无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段副翼通道控制；
b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段方向舵通道控制；
c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段副翼通道控制；
d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段方向舵通道控制。
本实施例为最基本的实施方式，针对无人机在接地前有较大的航向交叉角时，能够有效进行航向修正，使无人机航向能够准确对准跑道，极大的提高了无人机着陆安全性。
实施例2
一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，包括以下步骤：
a、在拉平段时，计算无人机滚转角指令值，并计算出无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段副翼通道控制；
b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段方向舵通道控制；
c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段副翼通道控制；
d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段方向舵通道控制。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式1计算；
式1
其中，为无人机副翼舵面偏转量，/>为副翼通道侧滑角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角速率增稳控制参数，/>为副翼通道偏航角速率增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角比例控制参数，/>为副翼通道滚转角积分控制参数，/>为无人机侧滑角，/>为无人机滚转角速率，/>为无人机偏航角速率，/>为无人机滚转角。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式2计算；
式2
其中，为无人机滚转角指令值，/>为副翼通道侧偏距比例控制参数，/>为无人机侧偏距指令值，/>为无人机侧偏距，/>为副翼通道侧偏距积分控制参数。
本实施例为一较佳实施方式，能够使副翼回报与方向舵给定、方向舵回报与副翼给定交联在一起，大幅提升偏流法在接地时的安全性。
实施例3
一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，包括以下步骤：
a、在拉平段时，计算无人机滚转角指令值，并计算出无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段副翼通道控制；
b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段方向舵通道控制；
c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段副翼通道控制；
d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段方向舵通道控制。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式1计算；
式1
其中，为无人机副翼舵面偏转量，/>为副翼通道侧滑角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角速率增稳控制参数，/>为副翼通道偏航角速率增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角比例控制参数，/>为副翼通道滚转角积分控制参数，/>为无人机侧滑角，/>为无人机滚转角速率，/>为无人机偏航角速率，/>为无人机滚转角。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式2计算；
式2
其中，为无人机滚转角指令值，/>为副翼通道侧偏距比例控制参数，/>为无人机侧偏距指令值，/>为无人机侧偏距，/>为副翼通道侧偏距积分控制参数。
所述步骤b中，无人机方向舵舵面偏转量通过式3计算；
式3
其中，为无人机方向舵舵面偏转量，/>为方向舵通道侧滑角增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道偏航角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角增稳控制参数。
所述步骤c中，无人机副翼舵面偏转量通过式4计算；
式4
其中，为无人机副翼抗偏流舵面偏转增量。
所述无人机副翼抗偏流舵面偏转增量通过式5计算；
式5
其中，为副翼通道方向舵抗偏流控制参数。
所述步骤d中，无人机方向舵舵面偏转量通过式7计算；
式7
其中，为无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量。
所述无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量通过式8计算；
式8
其中，为方向舵通道副翼抗偏流控制参数。
本实施例为又一较佳实施方式，相较于公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献，未交叉使用其角速率作为阻尼项进行控制而言，本发明通过使用副翼回报、方向舵回报、无人机侧滑角、无人机航向角差和无人机滚转角及其阻尼量进行控制，从而使机头能够准确对准跑道。
实施例4
参见图1-图4，一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，包括以下步骤：
a、在拉平段时，计算无人机滚转角指令值，并计算出无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段副翼通道控制；
b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段方向舵通道控制；
c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段副翼通道控制；
d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段方向舵通道控制。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式1计算；
式1
其中，为无人机副翼舵面偏转量，/>为副翼通道侧滑角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角速率增稳控制参数，/>为副翼通道偏航角速率增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角比例控制参数，/>为副翼通道滚转角积分控制参数，/>为无人机侧滑角，/>为无人机滚转角速率，/>为无人机偏航角速率，/>为无人机滚转角。
所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式2计算；
式2
其中，为无人机滚转角指令值，/>为副翼通道侧偏距比例控制参数，/>为无人机侧偏距指令值，/>为无人机侧偏距，/>为副翼通道侧偏距积分控制参数。
所述步骤b中，无人机方向舵舵面偏转量通过式3计算；
式3
其中，为无人机方向舵舵面偏转量，/>为方向舵通道侧滑角增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道偏航角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角增稳控制参数。
所述步骤c中，无人机副翼舵面偏转量通过式4计算；
式4
其中，为无人机副翼抗偏流舵面偏转增量。
所述无人机副翼抗偏流舵面偏转增量通过式6计算；
式6
其中，为副翼通道侧滑角抗偏流控制参数。
所述步骤d中，无人机方向舵舵面偏转量通过式7计算；
式7
其中，为无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量。
所述无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量通过式9计算；
式9
其中，为方向舵通道侧滑角抗偏流控制参数。
本实施例为最佳实施方式，相较于公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献解决无人机在接地时及之后存在较大的侧偏距而言，本发明能够有效解决航向对准段，即无人机在接地前有较大的航向交叉角时航向不易对准跑道的问题。
相较于公开号为CN115129084A，公开日为2022年09月30日的中国专利文献应用场景为地面而言，由于本发明航向对准跑道尚处于空中，因此，仅需对副翼和方向舵进行控制即可，便于操作。
本发明的基本原理如下：
本发明的应用场景为空中，无人机在接地前有较大的航向交叉角，航向不容易对准跑道，通过对副翼和方向舵进行控制，具体在近地面时，航向对准跑道，通过采用无人机侧滑角、无人机航向角差、无人机滚转角、副翼和方向舵舵面回报这些物理量进行航向修正，就能够有效解决无人机在航向对准时航向不容易对准跑道的问题。
关于航向对准，因侧风或者不对称力矩对无人机的扰动均会体现在副翼的积分器中，因此，在进入对准段时，将积分值提取出来，并加载在方向舵上，也能实现航向对准。
Claims (10)
1.一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在拉平段时，计算无人机滚转角指令值，并计算出无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段副翼通道控制；
b、在拉平段时，根据无人机侧滑角、无人机滚转角速率、无人机偏航角速率和无人机滚转角计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成拉平段方向舵通道控制；
c、在对准段时，计算无人机副翼舵面偏转量，将无人机副翼舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段副翼通道控制；
d、在对准段时，计算无人机方向舵舵面偏转量，将无人机方向舵舵面偏转量发送至执行机构，形成下一运行周期的舵面指令值，完成对准段方向舵通道控制。
2.根据权利要求1所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式1计算；
式1
其中，为无人机副翼舵面偏转量，/>为副翼通道侧滑角增稳控制参数，/> 为副翼通道滚转角速率增稳控制参数，/>为副翼通道偏航角速率增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角增稳控制参数，/>为副翼通道滚转角比例控制参数，/>为副翼通道滚转角积分控制参数，/>为无人机侧滑角，/>为无人机滚转角速率，/>为无人机偏航角速率，/>为无人机滚转角。
3.根据权利要求1所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述步骤a中，无人机滚转角指令值通过式2计算；
式2
其中，为无人机滚转角指令值，/>为副翼通道侧偏距比例控制参数，/>为无人机侧偏距指令值，/>为无人机侧偏距，/>为副翼通道侧偏距积分控制参数。
4.根据权利要求1所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述步骤b中，无人机方向舵舵面偏转量通过式3计算；
式3
其中，为无人机方向舵舵面偏转量，/>为方向舵通道侧滑角增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道偏航角速率增稳控制参数，/>为方向舵通道滚转角增稳控制参数。
5.根据权利要求1所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述步骤c中，无人机副翼舵面偏转量通过式4计算；
式4
其中，为无人机副翼抗偏流舵面偏转增量。
6.根据权利要求5所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述无人机副翼抗偏流舵面偏转增量通过式5计算；
式5
其中，为副翼通道方向舵抗偏流控制参数。
7.根据权利要求5所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述无人机副翼抗偏流舵面偏转增量通过式6计算；
式6
其中，为副翼通道侧滑角抗偏流控制参数。
8.根据权利要求1所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述步骤d中，无人机方向舵舵面偏转量通过式7计算；
式7
其中，为无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量。
9.根据权利要求8所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量通过式8计算；
式8
其中，为方向舵通道副翼抗偏流控制参数。
10.根据权利要求8所述的一种飞翼布局无人机航向对准控制方法，其特征在于：所述无人机方向舵抗偏流舵面偏转增量通过式9计算；
式9
其中，为方向舵通道侧滑角抗偏流控制参数。
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