[发明专利]一种无人机在线实时飞行品质评估与调参方法

摘要

本发明涉及一种无人机在线实时飞行品质评估与调参方法，用于无人机配合常规PID飞行控制系统测试飞行的控制参数的调试，该方法通过获取增稳平飞无人机在受到小幅度阶跃的升降舵或者副翼舵值输入干扰下纵向俯仰角速度和横侧向滚转角随时间变化的数据，以此来求得横纵向通道关系飞行品质的品质因数中的阻尼比，依据自动控制理论中的二阶单位阶跃系统动态响应时域指标实时做出评估并通过改变控制回路参数改善飞行品质，达到无人机在线实时品质评估与调参的目的。本发明大大提高了品质评估效率，同时依托飞行品质评估准则进行PID控制参数最优化解决了目前大多数无人机飞行测试PID调参的不直观性和盲目性。

主权项

1.一种无人机在线实时飞行品质评估与调参方法，其特征在于步骤如下：(1)飞行准备：使无人机仿真模型或者无人机实体飞行处于增稳平飞状态下，并受到小幅度升降舵和副翼舵或者方向舵值输入干扰；所述增稳平飞状态是指无人机以巡航速度在巡航工作高度以水平姿态飞行；(2)获取数据源：在步骤(1)描述的飞行环境下，采集从干扰输入时刻起一段时间内的纵向通道的俯仰角速度q随时间变化的数据，以及横侧向通道的横滚角φ或者偏航角ψ随时间变化的数据；(3)根据增稳平飞状态下，俯仰角速度q，以及横滚角φ或者偏航角ψ满足的时域非线性函数表达式，运用步骤(2)采集的数据进行最小二乘非线性拟合，求得函数表达式中的所有未知系数，并从中选取品质因数中的阻尼比ξ；(4)根据步骤(3)中获得品质因数中的阻尼比，根据自动控制理论中的二阶单位阶跃系统动态响应时域指标实时做出评估，决断品质因数中的阻尼比变大还是变小的优化趋势；(5)根据品质因数与控制回路相关，从内环到外环改变纵向控制回路和横侧向控制回路的PID参数，使得阻尼比ξ满足步骤(4)中的决断，同时还要考虑非线性拟合的精度值较小，两者指标综合进而改善飞行品质；(6)重复在线循环进行步骤(1)‑(5)，直至找到每一环最优PID控制参数，其中纵向回路PID控制参数通过选取代表短周期运动的俯仰角速度q的数据调节，横侧向回路PID控制参数通过横滚角φ数据或者偏航角ψ数据调节；所述运用步骤(2)采集的数据进行最小二乘非线性拟合，求得函数表达式中的所有未知系数，并从中选取横纵向通道飞行品质因数中的阻尼比ξ的过程如下：增稳平飞状态下获取纵向通道俯仰角速度q与小幅度升降舵干扰输入δe的传递函数关系式：式中K1、K2为定常数系数，ξsp、ωsp是纵向通道品质因数中的阻尼比和特征频率；增稳平飞状态下获取横侧向通道横滚角φ与小幅度副翼舵干扰输入δa的传递函数关系式：式中的ξd、ωd是横侧向通道品质因数中的阻尼比和特征频率；由式(a)和(b)获取纵向通道俯仰角速度q的时域非线性函数表达式：由式(a)和(b)获取横滚角φ的时域非线性函数表达式：两个通道的表达式中A代表幅值常数，为相角，K为常值，t为时间；根据获取的各通道对应物理量的数据以及时域非线性函数表达式非线性拟合求得时域非线性函数表达式的品质因数，最小二乘非线性拟合可采用matlab中的nlinfit非线性拟合函数；获取纵向通道的品质因数：以式(c)作为目标函数，以采集的俯仰角速度数据为拟合数据，运用最小二乘非线性拟合算法拟合求得式(c)中的所有未知系数，并从得到的各系数中选取对应的纵向通道中品质因数的阻尼比ξsp；获取横侧向通道的品质因数：以式(d)作为目标函数，以采集的横滚角数据作为拟合数据，运用最小二乘非线性拟合算法拟合求得式(d)中所有未知系数，并从得到的各系数中选取对应的横侧向通道中品质因数的阻尼比ξd。