[发明专利]一种无人机及提高无人机航线飞行性能的方法

说明书

本发明公开了一种无人机及提高无人机航线飞行性能的方法，属于无人机这一技术领域，设计要点在于：S1,在无风环境时，采集不同速度下无人机的姿态；S2,建立无人机的速度—姿态对应关系；S3,将姿态前馈到控制系统。本发明旨在提供一种无人机及提高无人机航线飞行性能的方法，可以在航线飞行时，带来更小的姿态抖动和更快的姿态收敛时间。

技术领域

本发明涉及无人机领域，更具体地说，尤其涉及一种无人机及提高无人机航线飞行性能的方法。

背景技术

对于无人机(旋翼机)而言，飞控系统是其核心部件，具体而言，其包括：制导、控制、导航三大系统：制导系统生成控制指令；导航系统实时结算无人机的运动状态；控制系统综合制导与导航系统信息，按照一定算法，生成电机的指令，完成各个不同的任务。

在无人机执行任务时候，往往需要提前规划航线任务，无人机在航线中影响最大的是空速的影响：无人机飞行速度、风速、风的类型(顺风、逆风、阵风等)，无人机是否能顺利的完成任务，需要克服这些风的影响，因此对飞控系统控制方法的鲁棒性提出了很高要求。

针对于航线的控制，一般的方法都会把空速与风速当成是同样的影响，一般有以下方案，存在的缺点与不足：

采用串级PID算法的控制方法：该控制方法比较经典，采用PID中积分环节消除风的影响：当有风时候开始积分，当风退去时候，积分消退；这种控制是利用指令与反馈产生偏差的，慢慢增加控制量，因此会带来控制滞后性，增大系统惯性。

采用专家PID算法的控制方法：该控制方法可以根据不同的情况改变PID的控制参数，由于航线中无人机指令速度提前可知，因此可通过速度不同来调节控制参数大小，然后跟串级PID一样，也是利用控制器的积分作用来消除风的影响。缺点是利用积分作用消除风影响，属于产生误差然后再消除误差思想，积分如果给定太小则对误差消除滞后，如果调解太大系统则容易不稳定，当突然有阵风吹来，积分作用太大，容易炸机。

采用ADRC算法的控制方法：其分三个模块，微分跟踪器TD、扩张观测器(ESO)、非线性反馈；把风的影响当作是系统的扰动，通过ESO观测出扰动量，然后利用非线性反馈方式生成控制量，消除影响。这种控制方法有很多参数调节，而且非线性反馈的参数比较难整定，而且并不是完美适用于各种风情况。

由此可知，上面三种控制方法，其共同缺点是在风速变化较快时，无法较快的进行适应性调整，容易导致炸机。

除了上述传统的方法之外，发明人团队经过检索，还有：文献1：CN110427047A公开了一种风速测算方法、风速估算器及无人机。所述风速测算方法包括：基于与无人机的飞行数据和属性数据，通过系统辨识确定所述无人机当前的风阻干扰；根据所述风阻干扰与所述无人机的固有风阻，计算所述无人机所处飞行环境的风速。其利用系统辨识的原理，在不依赖新增风速传感器和外部数据库的前提下，通过辨识参数的形式实现了风速测算的过程，既节省了硬件设备的成本，又不会带来额外的算力负担和实时性的问题，方法简单并且成本低廉。

然而，上述文献中对于“系统如何辨识确定所述无人机当前的风阻干扰”并没有深入的研究。

另外，针对风速的影响，CN109542108A提出了一种无人机抗风巡飞系统，通过在机身的各个侧面安装空速传感器，来测算各个方向的风速，来进行对风扰动的控制补偿。是直接利用传感器来测量风速。然而，空速传感器由于费用较高，其在常用的民用航空设备上采用较少，无法进行大规模推广。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种无人机及提高无人机航线飞行性能的方法。

一种基于拟合风阻模型来提高无人机航线飞行性能的方法,包括以下步骤：

S1,在无风环境时，采集不同速度下无人机的姿态: