[发明专利]一种针对水下探测任务的无人机协调转弯飞行方法

权利要求书

1.一种针对水下探测任务的无人机协调转弯飞行方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一、获取无人机协调转弯迎角补偿量；

建立无人机定直平飞状态的动力学模型：

L₁-W=0；

T₁-D₁=0；

式中，L₁为无人机定直平飞状态的升力，W为无人机的重力，T₁为无人机定直平飞状态的发动机推力，D₁为无人机定直平飞状态的空气阻力；

无人机定直平飞状态升力的表达式为：

式中，C_L,α为无人机定直平飞状态的升力线斜率，α₁为无人机定直平飞状态的迎角，α₀为无人机的零升迎角，ρ为大气密度，为无人机定直平飞状态的速度，S为无人机机翼的参考面积；

获得无人机定直平飞状态的速度，表达式为：

^；

建立无人机协调转弯状态的动力学模型：

式中，T₂为无人机协调转弯状态的发动机推力,D₂为无人机协调转弯状态的空气阻力，L₂为无人机协调转弯状态的升力，V₂为无人机协调转弯状态的速度，为无人机协调转弯状态的滚转角给定目标值，g为重力加速度，R为无人机的转弯半径；

协调转弯状态的升力的表达式为：

获得无人机协调转弯状态的速度，表达式为：

式中，α₂为无人机做协调转弯状态的迎角；

令无人机定直平飞状态的速度与无人机协调转弯状态的速度相等，获得协调转弯迎角补偿量：

步骤二、获取无人机协调转弯状态的机体坐标系角速度分量；

步骤三、根据机体坐标系中的角速度和风轴系中的角速度关系建立副翼通道、升降舵通道和方向舵通的耦合控制策略；

步骤四、根据角速率近似关系和耦合控制策略建立副翼通道控制律、升降舵通道控制律、方向舵通道控制律和发动机通道控制律的耦合控制律；其中，角速率近似关系为：

式中，α_d为迎角给定目标值，β为传感器测量的侧滑角，β_d为侧滑角给定目标值，K_φ为滚转角通道增益，K_α为迎角通道增益，K_β为偏航角通道增益；

基于角速率近似关系，结合副翼通道、升降舵通道和方向舵通的耦合控制策略，建立考虑迎角补偿的耦合控制律；

副翼通道控制律为：

式中，δ_α为无人机协调转弯状态的副翼偏转量，△p为机体坐标系下无人机协调转弯状态的滚转角速率误差，p_d为无人机协调转弯状态的滚转角速率给定目标值，t为时刻t，F₁为无人机协调转弯状态的副翼通道侧滑角耦合函数，为升降速度，为升降速度给定目标值；K_p为滚转角速率通道增益，K_Ip是滚转角速率积分通道增益，K_pD为滚转角速率微分通道增益，为升降速率通道增益，为升降速率积分通道增益；

升降舵通道控制律为：

式中，δ_e为无人机协调转弯状态的升降舵偏转量，△q为机体坐标系下无人机协调转弯稳定状态的俯仰角速率误差量，q_d为无人机协调转弯状态的俯仰角速率给定目标值，F₂为无人机协调转弯状态的升降舵通道侧滑角耦合函数，K_q为俯仰角速率通道增益，K_Iq为俯仰角速率积分通道增益，K_qD为俯仰角速率微分通道增益；

方向舵通道控制律为：

式中，δ_r为无人机协调转弯稳定状态的方向舵偏转量，△r为机体坐标系下无人机协调转弯稳定状态的偏航角速率误差，r_d为无人机协调转弯稳定状态的偏航角速率给定目标值，F₃为无人机协调转弯稳定状态的偏航角通道侧滑角耦合函数，K_r为偏航角速率通道增益，K_Ir为偏航角速率积分通道增益，K_rD为偏航角速率微分通道增益；

发动机通道控制律为：

式中，δ_T为无人机协调转弯状态的发动机油门量，为无人机协调转弯状态的机体纵轴加速度，为无人机协调转弯状态的机体纵轴加速度给定目标值，V_ias为无人机协调转弯状态的指示空速，V_iasd为无人机协调转弯状态的指示空速给定目标值，K_V为指示空速通道增益，为机体纵轴加速度增益，为机体纵轴加速度积分通道增益，为机体纵轴加速度微分通道增益；

步骤五、基于步骤四建立的耦合控制律实现对无人机协调转弯飞行的控制。