[发明专利]一种大型高速舰载无人机自动着舰控制方法

说明书

本发明公开了一种大型高速舰载无人机自动着舰控制方法，包括如下步骤：(1)以理想着舰点为坐标原点，设计舰船坐标系，得到在甲板运动的情况下，舰载机在地面坐标系下的绝对轨迹角与在舰船坐标系下的相对轨迹角之间的转换关系；(2)采用增量动态逆的设计方法，设计俯仰角速度控制器，该控制器具有强鲁棒性；(3)利用增量动态逆的方法，设计无人机的速度控制器，用于实现速度稳定；(4)在步骤(2)的基础上采用动态逆的方法，设计了绝对轨迹角控制器，同时得到内环俯仰角速度指令。本发明能够保证内环姿态角的稳定性和可控性，提高舰载机的着舰精度。

技术领域

本发明涉及航空器飞行控制技术领域，尤其是一种大型高速舰载无人机自动着舰控制方法。

背景技术

舰载无人机的自动着舰技术一直是研究重点。无人机在着舰过程中存在着着舰区域小，受风扰影响以及甲板运动等问题。常规的舰载机控制基于单输入单输出方法设计，且不考虑甲板运动对地面坐标系下的绝对下滑轨迹角和舰船坐标系下的相对下滑轨迹角之间转化关系的影响，进一步增大了着舰误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种大型高速舰载无人机自动着舰控制方法，保证内环姿态角的稳定性和可控性，提高舰载机的着舰精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大型高速舰载无人机自动着舰控制方法，包括如下步骤：

(1)以理想着舰点为坐标原点，设计舰船坐标系，得到在甲板运动的情况下，舰载机在地面坐标系下的绝对轨迹角与在舰船坐标系下的相对轨迹角之间的转换关系；

(2)采用增量动态逆的设计方法，设计俯仰角速度控制器，该控制器具有强鲁棒性；

(3)利用增量动态逆的方法，设计无人机的速度控制器，用于实现速度稳定；

(4)在步骤(2)的基础上采用动态逆的方法，设计了绝对轨迹角控制器，同时得到内环俯仰角速度指令。

优选的，步骤(1)中，以理想着舰点为坐标原点，设计舰船坐标系，得到在甲板运动的情况下，舰载机在地面坐标系下的绝对轨迹角与在舰船坐标系下的相对轨迹角之间的转换关系，其表达式如下：

其中，h_s为甲板的沉浮运动，θ_s为甲板的俯仰运动，V_s为舰船航行速度，V_k为无人机的地速，相对轨迹角Γ与绝对轨迹角γ之间采用PI控制。

优选的，步骤(2)中，采用增量动态逆的设计方法，设计俯仰角速度控制器具体为：将着舰过程中的俯仰力矩分为非操纵力矩M_a以及操纵力矩M_c，因此俯仰角速度动力学模型写成如下形式

其中，q为俯仰角速度，I_yy为绕y轴的转动惯量；

根据增量动态逆原理可得舵面偏转的增量为

其中，Q、S_w、c_A分别为动压、机翼参考面积、机翼平均气动弦长，为空气动力系数，q_c为俯仰角速度指令，q₀为俯仰角速度在某个采样时刻的值。

优选的，步骤(3)中，利用增量动态逆的方法，设计无人机的速度控制器，用于实现速度稳定，将写成如下形式

其中，m、α、γ、T_max、V_k分别为无人机的质量、迎角、绝对轨迹角、最大推力、地速，均为空气动力系数；

根据增量动态逆原理可得舵面偏转的增量为