[发明专利]一种无人机中立位置自动调整的飞行控制方法

说明书

本发明提出了一种无人机中立位置自动调整的飞行控制方法，无人机在飞行过程中，根据无人机当前飞行状态与海拔高度实时计算出各个舵面中立位置的理论计算值；同时根据飞行状态与控制指令的偏差，计算目标舵面偏量，然后采用偏差修正算法，生成无人机各舵面中立位置修正项，修正各舵面中立位置的理论计算值与实际值的偏差。该算法大大提高了无人机控制系统对飞行状态和环境变化的适应能力。

技术领域：

本发明涉及无人机飞行控制技术领域，尤其是基于中立位置的经典飞行控制技术。

背景技术：

无人机各项性能(包括起飞着陆性能、作业飞行性能、飞行安全可靠性能、系统的自动化性和可维护性等)的优劣在很大程度上都取决于其飞控系统的设计。飞行控制系统虽然已经历了从A/P、SAS、CAS到FBW的巨大变化和发展，但PID经典控制技术却始终在无人机上应用最为广泛。不仅因为其拥有根轨迹、Bode图、Nyquist图等这些设计工具，使设计者能够看得见系统动态是如何被修正的，并且用于评价和鉴定飞行控制系统性能和飞机飞行品质的准则和判据也都是建立在经典控制理论的概念之上的。

PID经典控制系统是建立在飞行器某一中立位置附近的模型上的，并通过系统偏离平衡位置的偏差进行控制。但在实际飞行过程当中，由于内部结构或外部环境的变化，飞行器的中立位置自身可能发生变化，并且这种变化并不容易被检测与度量，因而在计算状态偏差时会带来误差。

发明内容

PID经典控制系统是基于系统某一中立位置建立的，并利用状态偏差的积分来消除稳态误差。当系统中立位置发生变化时，如果积分系数较小，积分作用要通过系统稳定在新的中立位置较长时间后才能发挥作用，稳定过程很慢；如果积分系数较大，则控制系统的迟滞作用明显，不仅降低了控制系统的动态性能，而且带来了安全隐患。

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无人机中立位置自动调整的飞行控制方法。其是在PID经典控制系统上的基础上进行改进。在飞行过程中实时算出相应的中立位置，并且在此基础上增加基于姿态响应的舵面中立位置修正项，从而大大提高了PID经典控制系统对中立位置变化的适应能力。

本发明的技术方案是：

一种无人机中立位置自动调整的飞行控制方法，其特征在于：无人机在飞行过程中，根据无人机当前飞行状态(速度、重量)与海拔高度实时计算出各个舵面中立位置的理论计算值；同时根据飞行状态与控制指令的偏差，计算目标舵面偏量，然后采用偏差修正算法，生成无人机各舵面中立位置修正项，实时修正各舵面中立位置的理论计算值与实际值的偏差。

无人机在飞行过程中，根据无人机当前飞行状态与海拔高度，采用数据插值或气动公式估算的方法实时计算出各个舵面中立位置的理论计算值，下面分别两种方法的具体步骤。

第一种方法：在无人机飞行控制系统中存储有标准的大气数据参数表以及无人机气动参数表。上述参数表是以理论计算、风洞试验测定、飞行试验测定等常规现有技术，得出无人机在一系列状态与环境下的气动参数，形成相应的数据表，并存贮在无人机飞行控制系统中。基于此，采用数据插值方法实时计算出各个舵面中立位置的理论计算值，步骤如下：

(1)根据各中立位置和与之相关的无人机对应状态参数与外界环境参数(包括空气密度、侧风大小)，确定中立位置数据表，即设某一中立位置可用函数表示为

p＝f(ξ₁,ξ₂,…,ξ_n)

其中，{ξ_i}为影响某中立位置p的参数集合。

这里，各中立位置分别为俯仰角中立位置、滚转角中立位置、升降舵中立位置、油门中立位置。对于俯仰角中立位置、升降舵中立位置和油门中立位置，与这三个中立位置相关的无人机状态参数包括飞行速度、飞行高度、无人机质量等；对于滚转角中立位置，与之相关的无人机状态参数是目标航线的侧向风的分量，以及飞行高度、无人机质量等。