[发明专利]一种无人机纵向控制律平滑切换方法有效

专利信息
申请号: 201410367550.7 申请日: 2014-07-29
公开(公告)号: CN104252133B 公开(公告)日: 2017-01-25
发明(设计)人: 郝现伟;贾志强;赵志芳;王勇;刘茜筠 申请(专利权)人: 北京航空航天大学;北京航天自动控制研究所
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04;G05D1/10;G05D1/08
代理公司: 北京永创新实专利事务所11121 代理人: 赵文颖
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 无人机 纵向 控制 平滑 切换 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于无人机飞行控制领域,具体地说是指一种无人机纵向控制律平滑切换技术。

背景技术

无人机凭借低成本、高性能的优势,广泛应用于军事及民事领域。与早期无人机相比,现代无人机具有飞行包线更大、需适应的飞行环境更复杂和飞行任务更艰巨等特点,这必然对飞行控制系统的设计提出更高的要求。

飞行控制系统中,通常采用升降舵进行高度控制。升降舵通道的控制律由制导回路控制律和姿控回路控制律组成,控制结构如图1所示,图中hg、vyg、θg分别为高度给定值、升降速度给定值和俯仰角给定值,h、vy、θ、ωz分别为高度、升降速度、俯仰角和俯仰角速度,δzc为升降舵舵偏指令,升降舵舵回路为舵机传递函数。制导回路控制律用于控制无人机的质心运动,由高度h和升降速度vy反馈构成PID控制。姿控回路控制律用于稳定无人机的姿态,由俯仰角θ和俯仰角速度ωz反馈构成PD控制。在进行飞行控制系统的设计时,若常规的PI、PD或PID控制无法满足系统的控制需求,通常会引入滞后、超前或滞后超前校正网络进行串联校正,来提高系统的稳定性能。

无人机的运行周期为τ毫秒。在每个运行周期,将给定高度指令与传感器测得的飞行高度的差作为引导信号,该引导信号通过制导回路控制律解算,得到俯仰角给定指令θg,输出至姿控回路。在姿控回路,俯仰角给定指令再与传感器测得的俯仰角及俯仰角速度信号通过姿态回路控制律解算,得到升降舵偏转指令δzc,然后将升降舵舵偏指令信号输出至执行机构,最后实现无人机的高度跟踪控制。

整个飞行过程,无人机经历多个飞行阶段,包括起飞、爬升、定高、下降、五边及着陆滑跑等。在不同的飞行阶段可能采用不同的控制律,这必然面临着两组控制律之间的切换问题,图2给出了两组控制律之间的切换示意图。在ts时刻之前,无人机在飞行阶段1飞行,通过运算控制律A得到舵偏角指令δzc=δzc1,在ts时刻满足飞行阶段切换条件后,无人机进入飞行阶段2,此时触发器动作将控制律由控制律A切换成适用于飞行阶段2的控制律B,即在ts+τ时刻飞控计算机开始运算控制律B得到舵偏角指令δzc=δzc2。由于控制律之间的切换可能会引起舵面瞬变,进而产生较大的俯仰力矩,姿态变化剧烈,可能使无人机不可控,因此需采取抑制措施,避免舵面瞬变。

目前常用的抑制措施有双模态同步运算瞬变抑制法和单模态运算瞬变抑制法。双模态同步运算瞬变抑制法的思想是,假设C(t)为控制律总的输出,A(t)、B(t)为控制律A、B的输出,在ts时刻,由控制律A切换到控制律B,则

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