[发明专利]一种无人机滑跑纠偏控制装置及方法

权利要求书

1.一种无人机滑跑纠偏控制装置，其特征在于：包括GPS模块、磁航向仪、纠偏控制器、惯性测量单元舵机伺服控制器、前轮舵机； 

其中，所述GPS模块用于获取无人机的经纬度和地面速度矢量信息； 

所述磁航向仪用于获取无人机的磁航向信息； 

所述惯性测量单元用于获取无人机运动的三轴姿态角、三轴角速率和机体坐标系速度矢量信息；纠偏控制器根据所述GPS模块、磁航向仪和惯性测量单元获取的上述参数进行纠偏控制计算，形成舵机控制指令送往舵机伺服控制器； 

所述舵机伺服控制器接收所述纠偏控制器发送的舵机控制指令，产生功率放大信号，用以驱动前轮舵机； 

所述前轮舵机根据所述舵机伺服控制器输出的功率放大信号形成前轮偏转，进而引起无人机的纠偏运动轨迹跟踪。 

2.如权利要求1所述的无人机滑跑纠偏控制装置，其中，其安装在所述无人机上。 

3.如权利要求1-2任一项所述的无人机滑跑纠偏控制装置，其中，所述纠偏控制器包括：DSP、RAM、FLASH、电源、看门狗电路、第一RS232口、第二RS232口、第三RS232口、RS485口3311； 

其中，第一RS232口、第二RS232口、第三RS232口分别连接至所述GPS模块、磁航向仪和惯性测量单元；RS485口3311连接至舵机伺服控制器，RAM用于存储数据，FLASH用于存储程序；看门狗电路提供定时脉冲信号，所述DSP用于执行所存储的程序。 

4.一种无人机滑跑纠偏控制方法，其包括： 

获取无人机的运动参数，包括运动的经纬度、地面速度矢量信息、磁航向信息、三轴姿态角、三轴角速率和机体坐标系速度矢量信息； 

对所述运动参数进行数据融合和纠偏控制指令计算，形成舵机控制指令； 

根据所述舵机控制指令驱动所述无人机的前轮发生偏转，进而对所述无人机的滑动进行纠偏控制。 

5.如权利要求3所述的方法，其中，对所述运动参数进行融合具体包括： 

将所述GPS模块31提供的地面速度矢量信息和惯性测量组件34提供的机体坐标系速度矢量信息进行加权融合，获得修正的地速信息。 

6.如权利要求1所述的方法，其中，纠偏控制指令计算具体包括： 

计算无人机理想侧向加速度与实际侧向加速度的差，即

利用上述差结果和控制律函数G(s)计算得到舵机控制指令，如下式所示： 

其中，Kp为控制律增益，TD是微分系数，TDF是惯性系数。 

7.如权利要求6所述的方法，其中，理想侧向加速度如下计算： 

其中，T为预瞄时间，y_P为预瞄点P在机体坐标系中的纵坐标，y(t)为无人机中心位置在机体坐标系中的纵坐标；为y(t)的导数。 

8.如权利要求7所述的方法，其中，预瞄点P在机体坐标系中的纵坐标y_P如下计算： 

y_P＝y_r[x_P(t+T)]； 

x_P(t+T)＝x(t)+TVcosβ 

其中，y＝y_r[x(t)]为跑道中心线函数；x(t)为无人机中心位置在机体坐标系中的横坐标；V指的是修正的地速；β指速度矢量与机体坐标系X轴的夹角。 

9.如权利要求6所述的方法，其中， 

其中，K，T_d，T_ny，T_dy为模型参数，分别为比例系数、舵机响应常数、一阶特性分子常数、一阶特性分母常数。 

10.如权利要求9所述的方法，其还包括： 

连续采集舵机控制指令θ_L和实际侧向加速度

对于以下一阶线性模型中的模型参数进行基于ARMA模型的递归在线辨识： 

最终得到模型参数K，T_d，T_ny，T_dy。