[发明专利]一种考虑降雨影响的无人机稳定飞行控制方法

权利要求书

1.一种考虑降雨影响的无人机稳定飞行控制方法，其特征在于，其包括：

S1建立含有降雨控制参数的降雨模型；

S2建立无人机纵向线性化状态方程，即其初始状态方程；

S3将所述降雨模型与所述初始状态方程进行耦合，获得含有所述降雨控制参数的状态矩阵和控制矩阵；

S4基于所得状态矩阵和控制矩阵，将所述初始状态方程变换为其相变量形式，获得相变量形式的无人机纵向线性化状态方程；

S5将含有状态反馈的控制输入的计算模型代入所述相变量形式的无人机纵向线性化状态方程中，得到其系统形式的状态方程；

S6根据系统形式的状态方程的矩阵特征根方程与期望的无人机特征根方程的对比，确定状态方程的系数矩阵；

S7将系数矩阵确定后的系统形式的状态方程代回所述初始状态方程中，得到其对应的含有状态反馈的控制输入，即其控制律；

S8根据所得控制律进行飞行调控。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述降雨控制参数为空气中液态水含量，所述降雨模型建立如下：

其中，LWC表示空气中液态水含量，ρ_w表示水的密度，R表示降雨率。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述初始状态方程设置如下：

X＝[u Δα q Δθ]^T；

其中X为状态变量，为X对于时间的一次求导，A为所述状态矩阵，B为所述控制矩阵，u为无人机在x轴上的分速度，Δα为迎角变化量，q为俯仰角速度，Δθ为俯仰角变化量，U为所述含有状态反馈的控制输入。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，根据所述耦合，得到的所述状态矩阵及所述控制矩阵如下：

其中，X_u为X轴方向的力关于前飞速度的变化率，X_w为X轴方向的力关于w的变化率、w表示无人机在Z轴方向速度，X_q为X轴方向的力关于俯仰角速度的变化率，Z_u为Z轴方向的力关于前飞速度的变化率，Z_w为Z轴方向的力关于的变化率、表示Z轴方向加速度；Z_q为Z轴方向的力关于俯仰角速度的变化率，M_u为力矩关于前飞速度的变化率，M_w为力矩关于w的变化率，M_q为力矩关于俯仰角速度的变化率，为降雨附加力在X方向下的分力，为降雨附加力在X方向下关于迎角的导数，为降雨附加力在X方向下关于俯仰角的导数，为降雨附加力在Z方向下分力，为降雨附加力在Z方向下关于迎角的导数，为降雨附加力在Z方向下关于俯仰角的导数，为降雨附加力矩关于速度的导数，为降雨附加力矩关于迎角的导数，为降雨附加力矩关于俯仰角的导数，I_y为y方向转动惯量，m为机体质量，V_k和α分别为无人机运动的合速度和迎角，为X轴方向的力关于升降舵偏角变化率，为Z轴方向的力关于升降舵偏角变化率，为力矩关于升降舵偏角变化率，θ₀表示无人机平衡状态下升降舵偏角，u₀表示无人机平衡状态下前向速度，表示前视面积，表示侧视面积，k_x表示机体轴X方向上的雨滴收集率，k_Z表示机体轴Z方向上的雨滴收集率，V_R表示雨滴速度，z_c表示雨滴落点距离无人机气动中心在Z轴上距离，x_c表示雨滴落点距离无人机气动中心在X轴上距离。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，根据所述变换，得到的所述相变量形式的无人机纵向线性化状态方程如下：

Z＝PX

A_p＝PAP^-1

B_p＝PB，

其中，Z为新的状态变量，为新的状态变量Z对于时间的一次求导，A_p和B_p为相变量，P为转换矩阵。