[发明专利]一种小型无人直升机的自动起飞控制策略设计

权利要求书

1.一种小型无人直升机自动起飞控制策略，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：飞行控制系统接收到自动起飞控制指令，首先进入自动起飞准备阶段，对是否响应起飞指令做出判断；

步骤二：若上述步骤一确定直升机响应起飞指令，则进入自动起飞后续准备阶段，发动机自动开车并施加转速稳定控制，同时，飞行控制系统开始记录当前停留位置的经度、纬度、高度和偏航角信息，并求取平均值；否则，不响应起飞指令，直升机保持原有状态；

步骤三：若上述步骤二确定发动机转速稳定在正常工作状态，总距δ_col开始按照一定速率自增到预离地总距δ_{col_off}；

步骤四：若上述步骤三确定总距达到预离地总距δ_{col_off}，飞行控制系统开始调用控制律，对直升机施加平面位置和姿态控制，总距通道继续自增直到直升机完全离地；

步骤五：若上述步骤四确定直升机处于离地状态，自动起飞进入垂直爬升阶段，将离地总距作为起飞配平总距，开始调用垂向通道控制律直到直升机高度接近设定起飞高度；

步骤六：若上述步骤五确定直升机高度接近设定起飞高度，自动起飞进入定点悬停阶段并调用定点悬停控制律，直升机自动起飞过程结束；

步骤一中所述的“对是否响应起飞指令做出判断”，其具体实施步骤为：

(1.1)判断直升机当前是否处于地面停留状态，具体实施方式如下：

(a)在直升机起落架上添加4个限位开关，分别安装在起落架的四个角落，保证直升机在地面停留状态时都可以使其中至少一个限位开关的状态发生改变；

(b)四个限位开关并联接入判断电路，若直升机起落架离地时，四个限位开关全部断开，电路也处于断开状态，此时AD转换系统输入量变为0，从而告知控制系统直升机当前处于离地状态；若直升机起落架接地时，四个限位开关中至少有一个开关进入闭合状态，电路接通，AD转换系统有电压值输入，从而告知控制系统直升机当前处于地面停留状态；

(1.2)若步骤(1.1)确定直升机当前处于地面停留状态，则调用舵机自检程序对直升机伺服机构进行自检；否则，不满足自动起飞条件，并将此信息反馈至飞行控制系统；

(1.3)若步骤(1.2)确定直升机伺服机构自检回报状态正常，则无人直升机满足自动起飞条件；否则，不满足自动起飞条件；将直升机是否满足起飞条件反馈至飞行控制系统；

步骤三所述的“总距δ_col开始按照一定速率自增到预离地总距δ_{col_off}”，其具体实施步骤为：

(3.1)总距δ_col开始按照一定速率自增；

(3.2)若步骤(3.1)中的δ_col满足δ_col＜δ_{col_off}，则重复步骤(3.1)；否则，总距δ_col达到预离地总距δ_{col_off}，停止自增，并将此信息反馈至飞行控制系统；

其中，步骤(3.1)中所述的“总距δ_col开始按照一定速率自增”，其计算公式如下：

δcol=δcol0+kδcol·t]]>

式中，为自检后总距初始值；为总距自增速率；t为总距自增时间；

步骤五所述的“开始调用垂向通道控制律直到直升机高度接近设定起飞高度”，其具体实施步骤为：

(5.1)调用垂向速度跟踪控制律，垂向速度期望为直升机相对高度的函数，垂向高度期望为直升机相对高度的函数；

(5.2)若直升机的相对高度h_g满足|h_g-h_c|＜c时，确定直升机满足接近起飞高度的条件，并将此状态返回至飞行控制系统；否则，继续步骤(5.1)；

其中，h_c为直升机设定的起飞高度，c为直升机满足接近起飞高度条件时距离设定起飞高度的阈值；

其中，步骤(5.1)中所述的“垂向速度期望为直升机相对高度的函数”，其具体过程如下：

a)直升机相对地面高度h_g小于最低相对高度h_low时，垂向速度期望w_c为定值w_low；

b)直升机相对地面高度h_g介于最低相对高度h_low和最高相对高度h_high之间时，垂向速度期望w_c由如下公式确定：

wc=whigh-wlow1+e(-2(hg-hhigh+hlow2))+wlow]]>

c)直升机相对地面高度h_g大于最高相对高度h_high时，垂向速度期望w_c为定值0；w_high为自动起飞过程中垂向速度规划的最大值；

其中，步骤(5.1)中所述的“垂向高度期望为直升机相对高度的函数”，其具体过程如下：

a`)直升机相对地面高度h<sub>g</sub>在小于最低相对高度h<sub>low</sub>时，垂向高度期望H<sub>c</sub>为当前高度值H；`

b`)直升机相对地面高度h_g在最低相对高度h_low和最高相对高度h_high之间时，垂向高度期望H_c为当前高度值H；

c`)直升机相对地面高度h_g在大于最高相对高度h_high时，垂向高度期望H_c为“自主起飞准备”阶段记录的高度平均值H_{p_avr}加上起飞高度期望值h_{c_takeoff}。