[发明专利]一种增加阻力的交叉舵耗能方法

摘要

本发明公开了一种增加阻力的交叉舵耗能方法，通过普通固定翼无人机两侧的一片升降舵修改为两片升降舵，进而构成交叉舵；然后搭建固定翼无人机的运动模型，通过对运动模型仿真计算出固定翼无人机的临界能量，最后根据临界能量设计交叉舵的制导指令，并根据制导指令控制交叉舵偏转，实现固定翼无人机着陆时耗能。

主权项

1.一种增加阻力的交叉舵耗能方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、设计交叉舵结构将普通固定翼无人机两侧的一片升降舵修改为两片升降舵，两片升降舵分别记为舵a和舵b，舵a和舵b分别进行偏转，形成交叉舵；(2)、搭建固定翼无人机的运动模型(2.1)、搭建固定翼无人机的环境模型将固定翼无人机的位置输入至matlab拟合工具，通过matlab拟合工具计算固定翼无人机所处的经纬度，拟合出固定翼无人机所处位置的重力加速度、空气密度以及空气速度；(2.2)、搭建固定翼无人机的受力模型其中，D为固定翼无人机的阻力，L为固定翼无人机的升力，Z为固定翼无人机的侧力；c_x、c_y、c_z分别表示固定翼无人机的阻力系数、升力系数和侧力系数；为固定翼无人机的动压，V为固定翼无人机的速度，S_ref为固定翼无人机的机翼参考面积；(2.3)、搭建固定翼无人机的受力矩模型其中，M_x、M_y、M_z分别表示固定翼无人机所受的滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩；m_x、m_y、m_z分别表示固定翼无人机所受的滚转力矩系数、偏航力矩系数和俯仰力矩系数；L_ref为固定翼无人机的机翼平平均气动弦长；(2.4)、搭建固定翼无人机的运动模型结合步骤(2.2)的受力模型和步骤(2.3)的受力矩模型，搭建固定翼无人机的运动模型；其中，m为固定翼无人机的质量，G为固定翼无人机的重力，γ为航迹倾角，χ为航迹偏角，J_x、J_y和J_z为固定翼无人机绕机体轴的转动惯量，ω_x、ω_y和ω_z为固定翼无人机绕机体轴旋转的角速度，x、y和z分别为固定翼无人机在地面坐标系上的坐标，θ为俯仰角，φ为滚转角，ψ为偏航角；(3)、计算能量(3.1)、计算算标称能量E_u；给定固定翼无人机的初始速度、位置和姿态，以及固定翼无人机标称着陆轨迹，并输入至固定翼无人机的运动模型，通过对运动模型仿真，得到固定翼无人机的标称能量E_u；(3.2)计算最高能量E_m；调整定固定翼无人机的初始速度，位置和姿态保持不变，令固定翼无人机以标称着陆轨迹着陆，通过对运动模型仿真，得到固定翼无人机着陆运行的最大能量，即为固定翼无人机的最高能量E_m；(3.3)、计算交叉舵的临界能量E_j；E_j＝k(E_u+E_m)其中，k为常数，k的取值为：0＜k＜1；(4)、设计舵b的制导指令(4.1)、构建舵b的阻尼回路；其中，k_a1，k_a2和k_a3为控制增益，h_cmd为固定翼无人机的期望高度，h为固定翼无人机的实际高度，为高度的一阶导数，即飞行器实际的纵向速度，V_zcmd为固定翼无人机的期望纵向速度，q为固定翼无人机的俯仰角速率；(4.2)、构建舵b的增稳回路；设舵b的偏转角度为δ_b，那么舵b的增稳回路控制为：δ_b＝k_c1·AP_b+k_c2·∫AP_b+k_c3·q其中，k_c1，k_c2和k_c3分别为控制增益；(5)、设计舵a的制导指令(5.1)、根据固定翼无人机着陆时的实际能量，设计交叉舵的制导指令；设固定翼无人机在着陆过程中的实际能量为E，若E≥E_j时，则进入步骤(5.2)开始交叉舵耗能方案，否则，进入步骤(5.3)；(5.2)、构建交叉舵耗能时舵a的阻尼回路；舵a根据能量E进行偏转，构建舵a的阻尼回路为：AP_a＝k′_a1·(E_u‑E)·δ_m其中，k′_a1为控制增益，δ_m为舵a可以偏转的最大角度；(5.3)、构建能量合适时舵a的阻尼回路固定翼无人机着陆时能量合适时，舵a和舵b偏转角度相同，其阻尼回路为：其中，k′_a2、k′_a3和k′_a4为控制增益；(5.4)、构建舵a的增稳回路；设舵a的偏转角度为δ_a；舵a的增稳回路控制为：δ_a＝k′_c1·AP_a+k′_c2·∫AP_a+k′_c3·q其中，k′_c1，k′_c2和k′_c3分别为控制增益；(6)、固定翼无人机的交叉舵耗能根据步骤(4)和(5)得到制导指令，控制交叉舵的舵a和舵b偏转，实现固定翼无人机着陆时耗能。