[发明专利]用于室内飞艇的自主起降控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种飞艇的自主起降控制方法，尤其涉及一种运用于室内飞艇的自主起降控制方法。属于自动控制领域。

背景技术：

室内飞艇作为一种被广泛使用的悬浮式航空器，具有在空中悬浮的能力，而且操作驾驶简单方便，它能够在低空低速飞行，安全性能比较好，对起落的场地要求不高，运营成本也比较低，且易于维护保养。室内飞艇的优势在于其商业价值，它可以提供良好的周边视界，可以进行广告展示、航拍、电视转播和安全监控等活动。现在很多的大型科学技术馆和展览馆都会采用多样的形势进行展出和表演，室内飞艇作为室内小型机动性飞行器可以填补大型室内上空的空间，对于一些大型展览馆和博览会也是一种极好的宣传和表演手段。

室内飞艇由巨大的流线型艇身、位于艇身下面的吊舱、起稳定控制作用的尾舵和推进装置组成。

室内飞艇的自主起降控制系统主要是由传感器(超声波传感器、UWB传感器)飞艇地面站控制系统和艇载系统三大部分组成。当要求室内飞艇起降时，超声波传感器先测量无人飞艇距离地面的当前距离，UWB传感器接收室内飞艇的当前坐标信息，这两个传感器为地面站提供飞艇的位置信息，再考虑当前螺旋桨的转速和对飞艇的期望高度。在地面控制站将传感器测量的相关飞行数据和输入的信息进行解析，结合自主起降控制算法转变成能被飞行控制计算机使用的飞艇升降的相关信息，同时根据设定的自主升降路线、速度、方向等状态信息计算出对执行机构的控制输出量。

由于室内飞艇有别于室外飞艇的特殊性，外界干扰较小并且自身的螺旋桨产生的动能较小，与户外相比在空旷的室内大厅无严重的空气流动扰动，但是由于飞艇相对于房间的体积过于庞大，所以在不碰壁的情况下实现自主升降控制对控制的精度要求较高，对算法的要求也很高。

早期飞艇的自主起降控制都是采用室内GPS获取高度与坐标信息，通过GPS的信息可以显示出飞艇的当前的位置，可以记录和跟踪飞艇的航迹，此外还安装了高度气压计，飞控系统需要获知当前的大气压力，以换算成飞艇的空速和气压高度数据。但是因为室内无人飞艇在室内的环境下无法接受GPS数据，并且在屋内受飞行高度的限制所以也无法使用高度气压计。而如果单独使用UWB超宽带技术确定室内飞艇的当前位置，则当室内飞艇离地面过近时由于阻挡和反射等的原因对UWB传感器的测试数据将造成较大的误差。

由于室内噪声控制等目的的需要，室内飞艇所装配的动力电机功率及转速均较小，并且要尽量减少转速突然大范围改变情况的发生，导致室内飞艇的灵活性大打折扣，飞艇移动速度缓慢，控制超调量大。

室内飞艇相对于所在空间的体积庞大，加之室内空间存在大量设备、展品等障碍物，导致飞艇飞行空间狭小，增加了飞行控制的难度。而目前的飞艇控制设备均是室内室外通用的，没有考虑室内飞艇的这些特殊情况，导致室内飞艇的自动驾驶效果非常差，频繁的撞击、刮蹭墙体、展品甚至场内人员。

发明内容：

本发明为了解决针对室内飞艇动力弱、飞行空间小、障碍物多以及安全性要求高等特点，对室内飞行器控制不灵活、经常出现偏离航线而发生频繁撞击、刮蹭墙体、展品，甚至场内人员等技术问题，提供了一种用于室内飞艇的自主起降控制方法，该方法是通过下述步骤实现的：

在自主起降模式下，首先设定起降高度和起降速度，从飞艇载有的超声传感器、UWB传感器获得当前室内飞艇的飞行数据，并通过无线数传模块将这些获取的飞艇坐标数据，按预定协议格式传输到地面站；由地面站进行解析，根据选定的起降方式，通过自主起降控制算法的计算后，形成控制指令与控制参数；再通过无线数传模块将这些控制指令和控制参数传输到室内无人飞艇上的艇载计算机上；数据经检验正确无误后生成PWM信号控制飞艇油门、方向和升降所对应的电机或舵机，控制室内飞艇到达指定高度；起飞降落均采用分段控制方法，定义控制高度为Height_control，目标高度为Height_target则，当前飞艇高度为Height_current，当|Height_current-Height_targ et|＞2m时，分段调整控制高度Height_control，每次调整幅度为飞艇的高度，直至目标高度Height_targ et。

本发明的特点及有益效果：此控制方法保证了室内飞艇自主起降过程中的安全性、可靠性和平稳性，可以自由调节升降的高度和速度且更改过程方便、快捷。