[发明专利]一种针对海面低空侧风切变的无人机抗扰方法和抗扰系统

权利要求书

1.一种针对海面低空侧风切变的无人机抗扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立无人机的力矩方程组；

第二步，根据风扰特征将所述力矩方程组转化为海面低空侧风切变的无人机抗扰方程组；

第三步，将所述无人机抗扰方程组在巡航状态下已配平的物理量消去，获取简化后的变化量方程组；

第四步，依据所述变化量方程组求解获取无人机姿态控制响应和，其中表示副翼偏转角，表示方向舵偏转角；

第五步，持续将侧风切变导致的新的侧滑角反馈回控制系统，重复求解所述变化量方程组，以调整、的大小，从而使无人机回摆至稳定巡航状态；

第一步，建立无人机的力矩方程组如下所示：

其中，l表示滚转力矩，m表示俯仰力矩，n表示偏航力矩；表示升降舵偏转角；α表示迎角，β表示侧滑角；p表示滚转角速度，q表示俯仰角速度，r表示偏航角速度；V表示无人机前进方向上风速分量；表示动压；b表示机翼展长；c表示机翼弦长；A表示机翼面积；

表示无人机机体沿X轴的滚转力矩系数，表示无人机机体沿Y轴的俯仰力矩系数，表示无人机机体沿Z轴的偏航力矩系数；

表示滚转力矩系数关于副翼偏转角的变化率，表示滚转力矩系数关于方向舵偏转角的变化率，表示滚转力矩系数关于滚转角速度的变化率，表示滚转力矩系数关于偏航角速度的变化率；表示俯仰力矩系数关于升降舵偏转角的变化率，表示俯仰力矩系数关于俯仰角速度的变化率；表示偏航力矩系数关于副翼偏转角的变化率，表示偏航力矩系数关于方向舵偏转角的变化率，表示偏航力矩系数关于滚转角速度的变化率，表示偏航力矩系数关于偏航角速度的变化率；

第二步，根据风扰特征将所述力矩方程组转化为海面低空侧风切变的无人机抗扰方程组具体为：

假设稳定状态为无人机平飞巡航状态，无侧滑即侧滑角β=0，同时方向舵偏转角、副翼偏转角不参与配平，即，；受到的扰动为侧风切变，侧风切变导致侧滑角和滚转力矩发生变化，力矩方程组变为：

式中，Δβ表示侧滑角的变化量，Δl表示滚转力矩的变化量，Δn表示偏航力矩的变化量；

第三步，将所述无人机抗扰方程组在巡航状态下已配平的物理量消去，获取简化后的变化量方程组具体为：

已配平的物理量方程为：

消去稳态量的变化量方程组变为：

；

第四步，依据所述变化量方程组求解获取无人机姿态控制响应和具体为：

。

2.一种针对海面低空侧风切变的无人机抗扰系统，其特征在于，包括：

控制系统、初始力矩方程组构建模块、无人机抗扰方程组构建模块、无人机抗扰方程组简化模块、侧滑角反馈模块、姿态控制响应求解模块；所述控制系统分别连接初始力矩方程组构建模块、无人机抗扰方程组构建模块、无人机抗扰方程组简化模块、侧滑角反馈模块和姿态控制响应求解模块；使得无人机处于自动化抗扰状态；其中，

初始力矩方程组构建模块：建立无人机的力矩方程组；

无人机抗扰方程组构建模块：根据风扰特征将所述力矩方程组转化为海面低空侧风切变的无人机抗扰方程组；

无人机抗扰方程组简化模块：将所述无人机抗扰方程组在巡航状态下已配平的物理量消去，获取简化后的变化量方程组；

姿态控制响应求解模块：依据所述变化量方程组求解获取无人机姿态控制响应和，其中表示副翼偏转角，表示方向舵偏转角；

侧滑角反馈模块：持续将侧风切变导致的新的侧滑角反馈回控制系统；

控制系统：接收到侧滑角反馈模块反馈的新的侧滑角后，重复控制姿态控制响应求解模块求解所述变化量方程组，以调整、的大小，从而使无人机回摆至稳定巡航状态；

建立无人机的力矩方程组如下所示：

其中，l表示滚转力矩，m表示俯仰力矩，n表示偏航力矩，表示升降舵偏转角，α表示无人机的迎角，β表示侧滑角，p表示滚转角速度，q表示俯仰角速度，r表示偏航角速度，V表示速度，表示动压，b表示机翼展长，c表示机翼弦长，A表示机翼面积；

表示无人机机体沿X轴的滚转力矩系数，表示无人机机体沿Y轴的俯仰力矩系数，表示无人机机体沿Z轴的偏航力矩系数；

表示滚转力矩系数关于副翼偏转角的变化率，表示滚转力矩系数关于方向舵偏转角的变化率，表示滚转力矩系数关于滚转角速度的变化率，表示滚转力矩系数关于偏航角速度的变化率；表示俯仰力矩系数关于升降舵偏转角的变化率，表示俯仰力矩系数关于俯仰角速度的变化率；表示偏航力矩系数关于副翼偏转角的变化率，表示偏航力矩系数关于方向舵偏转角的变化率，表示偏航力矩系数关于滚转角速度的变化率，表示偏航力矩系数关于偏航角速度的变化率；

根据风扰特征将所述力矩方程组转化为海面低空侧风切变的无人机抗扰方程组具体为：

假设稳定状态为无人机平飞巡航状态，无侧滑即侧滑角β=0，同时方向舵偏转角、副翼偏转角不参与配平，即，；受到的扰动为侧风切变，侧风切变导致侧滑角和滚转力矩发生变化，力矩方程组变为：

式中，Δβ表示侧滑角的变化量，Δl表示滚转力矩的变化量，Δn表示偏航力矩的变化量；

将所述无人机抗扰方程组在巡航状态下已配平的物理量消去，获取简化后的变化量方程组具体为：

已配平的物理量方程为：

消去稳态量的变化量方程组变为：

；

依据所述变化量方程组求解获取无人机姿态控制响应和具体为：

。