一种无人直升机向心回转控制方法

摘要

本发明公开了一种无人直升机向心回转控制方法，属于无人直升机飞行控制技术领域。本发明在向心回转控制过程中，放开侧向位置约束，采用侧向速度跟踪控制。纵向采用位置控制，纵向位置偏差根据当前位置与圆心位置的距离确定，航向通道的航向角指令根据当前位置与圆心位置的位置矢量方向得到。纵向和侧向速度采用航向角指令解算，解决了纵向位置静差和航向角静差问题。实现了无人直升机较高控制精度的向心回转控制。可设定向心回转半径，实现不同半径的向心回转，向心回转过程中，无人直升机能够按照预定的航迹运动，各个通道的运动协调一致。

主权项

一种无人机向心回转控制方法，其特征在于：无人机的向心回转过程中，包含向心回转的启动、稳定及停止三个过程，所述三个过程中侧向通道、纵向通道、航向通道相互配合；所述侧向通道采用侧向速度跟踪控制且放开侧向位置约束，所述侧向通道的侧向速度跟踪控制结构为：δ_a＝δ_{a_in}+δ_{a_out}+δ_atrim${\delta }_{a\_in}=-K_a^{P}P+K_a^{Phi}({\mathrm{Phi}}_{cmd}-Phi)$${\delta }_{a\_out}=K_a^{Vy}({\mathrm{Vy}}_g-Vy)+K_a^{IVy}\int ({\mathrm{Vy}}_g-Vy)dt-K_a^{Ay}({\mathrm{Ay}}_{cmd}-Ay)$其中A_ycmd＝0，R_g为航向通道偏航角速率指令，Phi_cmd＝Phi_trim+Phi_Vy，Phi_trim为悬停状态下的滚转角配平值，Phi_Vy为当前侧飞速度下的滚转角配平值，V_y为侧向速度，Vy_cmd侧向速度指令，Vy_g为侧向速度控制指令，由Vy_cmd软化得到；所述航向通道采用航向角指令控制，航向角指令根据当前位置与圆心位置的位置矢量方向确定，所述航向通道的航向角指令控制结构为：${\delta }_r=-K_r^R(R_g-R)-K_r^{IR}\int (R_g-R)dt+{\delta }_{rtrim}$$R_g=K_r^{Psi}({\mathrm{Psi}}_g-Psi)+R_{var}$其中，R_g为实际偏航角速率指令，R_cmd为向心回转时的偏航角速率配平值，R_var为R_cmd的软化值，Psi_g为当前点的航向指令，Psi为当前航向；和为航向通道PID控制参数；所述纵向通道采用位置控制，纵向位置偏差由当前位置与圆心位置的距离确定；所述纵向通道的位置控制结构为：δ_e＝δ_{e_in}+δ_{e_out}+δ_etrim${\delta }_{e\_in}=K_e^{Q}Q-K_e^{\theta }({\theta }_{cmd}-\theta )$${\delta }_{e\_out}=h_e^{Vx}(V_{xvar}-V_x)+K_e^{IVx}\int (V_{x\mathrm{var}}-V_x)dt$$V_{xvar}=K_e^{dX}dX$其中，θ_cmd＝θ_trim+θ_Vy为俯仰角给定值，θ_trim为悬停状态下俯仰角配平值，θ_Vy为向心回转时的俯仰角额外配平值，V_x为纵向速度，dX为纵向位置偏差；所述根据无人直升机最大侧向速度性能，给定侧向速度指令V_ycmd，根据回转半径可得到R_var＝‑V_yg/r*57.3其中r为向心回转半径，由于无人直升机航向角速率性能限制，需满足|R_cmd|≤R_max，当|R_cmd|＞R_max时，令|R_cmd|＝R_max，计算得到V_ycmd＝‑R_cmdr/57.3再根据式R_var＝‑V_yg/r*57.3计算得到R_var。