一种可变飞行模态无人机广义指令生成器及其指令生成方法技术

本发明专利技术提出一种可变飞行模态无人机广义指令生成器及其指令生成方法，该指令生成器包括导引指令生成器、被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器。将模态转换过程的配平等效为依次完成由倾转角与期望俯仰角组合组成的序列中各组合状态的配平，特定倾转角与期望俯仰角组合状态下通过代价函数指导迭代优化配平，实现了状态矢量与广义操纵面控制矢量的配平值随着倾转角与空速指令平稳变化。将配平结果序列采用分段曲线拟合方法建立导引指令生成器、被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器所有的内部函数。且本发明专利技术利用matlab数学软件高效、准确的实现迭代优化配平与曲线拟合的工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机的飞行控制
，具体涉及。
技术介绍
可变飞行无人机是在常规固定翼飞机基础上增加推力/拉力矢量装置，既实现了直升机的短距起降能力，又具有固定翼飞机的高速巡航能力，从而降低了对起飞着陆环境的依赖，并高效的执行任务，具有广阔的应用前景。可倾转的旋翼与矢量喷管是推力/拉力矢量比较有代表性的形式。可见，推力/ 拉力矢量可能会包含多个操纵量，除了油门操纵外，某些操纵量主要产生俯仰操作效应，某些操纵量主要产生偏航操作效应，某些操纵量主要产生滚转操作效应。因此，可以将推力/ 拉力矢量的操纵面与气动操纵面统称为广义操纵面。如果将推力/拉力矢量垂直向上拉动或者垂直向下推动对应的倾转角定义为90°，将推力/拉力矢量水平向前拉动或者垂直向后推动的倾转角定义为0°，可变飞行模态无人机从直升机悬停状态到固定翼飞行模态转化过程中空速逐渐增加，倾转角逐渐减小，推力/拉力矢量操作效能逐渐退化，气动操纵面操作效能逐渐增强。可变飞行模态无人机模态转换控制首先遇到的问题是模态转换如何导引，转换过程中需要控制哪些状态量，并且这些状态量的指令是如何被导引变化的问题。模态转换过程是平衡状态连续更新的过程，在某倾转角下，空速只有处在某限定的对应范围之内，无人机才能稳定平飞。不同的空速、倾转角对应关系可能会导致姿态角或者某些有效操纵面的大幅度波动，影响转换效果，甚至引起安全事故。模态转换过程平衡状态是通过力与力矩的配平操作来完成，而可变飞行模态无人机操纵面数量多于方程数量导致多解问题，不同操纵面偏转范围及所承担的操作效能不同，试凑的方法工作量大，效率低下，很难达到好的配平效果。因此，需要设计高效的优化迭代算法，实现整个模态转换过程合理配平。由于模态转换过程中的无人机的状态连续变化，控制律可能需要融合无人机的状态平衡值值及广义操纵面的控制矢量平衡值信息，从而增强对于整个模态的适应性。许多研究者往往采用试凑的方法实现可变飞行模态无人机模态转换过程中的配平，配平过程未考虑综合优化姿态角及操纵面偏转角，稳定性较差，计算复杂，没有指出怎么利用配平数据来生成指令系统来引导自动模态转换飞行，也没有充分的将配平信息作为指令系统的输出，应用用于控制律，可变飞行模态无人机的自动模态转换受到限制。因此， 需要给出可变飞行模态无人机的控制策略，设计高效、优化算法实现全过程的合理配平，并且利用配平值设计模态转换的指令系统和平衡值系统，从而为平稳、安全的模态转换控制提供依据
技术实现思路
本专利技术提出，本专利技术在于将模态转换过程的配平等效为依次完成由倾转角与期望俯仰角组合组成的序列中各组合状态的配平，特定的倾转角与期望俯仰角组合状态下通过代价函数指导迭代优化配平，实现了状态矢量与广义操纵面控制矢量的配平值随着倾转角与空速指令平稳变化。将配平结果序列采用分段曲线拟合方法建立导引指令生成器、被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器所有内部函数。本专利技术提出一种可变飞行模态无人机广义指令生成器，包括导引指令生成器、被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器；模态转换指令TL与时间t进入到导引指令生成器后，根据倾转角生成函数τ (TL，t)生成导引模态转换的倾转角指令τ，根据空速生成函数Vkg(TL，t)生成空速指令Vkg，并将倾转角指令τ和空速指令 Vkg均发送至被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器；通过被控状态指令生成器得到空速指令vkg、高度指令&、侧偏距指令Ag和偏航角指令；通过状态基准值生成器得到状态矢量平衡值X* ；通过广义操纵面基准指令生成器得到广义操纵面控制矢量的平衡值δ\本专利技术提出一种可变飞行模态无人机广义指令生成器的指令生成方法，具体包括以下几个步骤步骤一确定的模态转换飞行的导引方式及无人机被控状态量(1)选取倾转角与空速的组合作为模态转换飞行的引导方式；(2)无人机被控状态量选取为空速、高度、侧偏距、偏航角；高度指令为固定值Htl， 侧偏距指令为0，偏航角指令是由航线中从点与到点经纬度信息计算得到的确定值，空速指令由模态转换过程配平后确定的倾转角生成函数τ (TL，t)与空速生成函数Vkg(TL，t)确定。步骤二 (1)确定无人机能够平稳转换的合理配平的原则俯仰角配平值等于期望俯仰角，广义操纵面控制矢量中各个控制量的配平值相对于其偏转范围最小。(2)确定满足合理配平的代价函数，包含俯仰角配平值矿与期望俯仰角A的差值、 广义操纵面控制矢量的操作权限及广义操纵面控制矢量配平值相对于最大偏转范围的偏转角信息。选取代价函数C为权利要求1.一种可变飞行模态无人机广义指令生成器，其特征在于包括导引指令生成器、被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器；模态转换指令TL与时间t进入到导引指令生成器后，根据倾转角生成函数τ (TL，t)生成导引模态转换的倾转角指令τ，根据空速生成函数Vkg(TL，t)生成空速指令Vkg，并将倾转角指令τ和空速指令 Vkg均发送至被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器；通过被控状态指令生成器得到空速指令vkg、高度指令&、侧偏距指令Ag和偏航角指令；通过状态基准值生成器得到状态矢量平衡值X* ；通过广义操纵面基准指令生成器得到广义操纵面控制矢量的平衡值δ\2.根据权利要求1所述的一种可变飞行模态无人机广义指令生成器，其特征在于所述的被控制状态指令生成器由空速指令生成函数Vkg( τ，Vkg)、高度指令生成函数Η8(τ， Vkg)、侧偏距指令生成函数Dzg( τ，Vkg)、偏航角指令生成函数Vg( τ，Vkg)组成；空速指令生成函数Vkg( τ，Vkg)根据倾转角指令τ，解算出空速指令Vkg ；高度指令生成函数Hg( τ，Vkg) 根据倾转角指令τ与空速指令Vkg，解算得出高度指令Hg ；侧偏距指令生成函数Dzg(LVkg) 根据倾转角指令τ与空速指令Vkg，解算得出侧偏距指令Dzg，偏航角指令生成函数Ψ8(τ， Vkg)根据倾转角指令τ与空速指令Vkg，解算得出偏航角指令Vg。3.根据权利要求1所述的一种可变飞行模态无人机广义指令生成器，其特征在于所述的状态基准值生成器由状态指令生成函数τ，Vkg)构成，其中，Vkg)包含了无人机的空速基准值生成函数、迎角基准值生成函数α*(τ，Vkg)、侧滑角基准值生成函数，Vkg)、滚转角速率基准值生成函数偏航角速率基准值生成函数 <(厂&)、俯仰角速率基准值生成函数 :(r,&)、俯仰角基准值生成函数V(^tg)、偏航角基准值生成函数Ψ*(τ，Vkg)、滚转角基准值生成函数Υ*(τ，Vkg)、高度基准值生成函数 Η*(τ, Vkg)、侧偏距基准值生成函数汉(厂 )、升降速度基准值生成函数工和侧偏速度基准值生成函数(τ,Vkg)，状态基准值生成器根据相应的基准值生成函数生成对应倾转角及空速导引指令下相应的无人机状态矢量平衡值X*。4.根据权利要求1所述的一种可变飞行模态无人机广义指令生成器，其特征在于所述的广义操纵面基准指令生成器由状态指令生成函数S τ，Vkg)构成，其中δ*(τ，Vkg)包含了倾转角基准指令生成函数为τ*(τ，Vkg本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种可变飞行模态无人机广义指令生成器，其特征在于：包括导引指令生成器、被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器；模态转换指令ＴＬ与时间ｔ进入到导引指令生成器后，根据倾转角生成函数τ（ＴＬ，ｔ）生成导引模态转换的倾转角指令τ，根据空速生成函数Ｖｋｇ（ＴＬ，ｔ）生成空速指令Ｖｋｇ，并将倾转角指令τ和空速指令Ｖｋｇ均发送至被控状态指令生成器、状态基准值生成器和广义操纵面基准指令生成器；通过被控状态指令生成器得到空速指令Ｖｋｇ、高度指令Ｈｇ、侧偏距指令Ｄｚｇ和偏航角指令ψｇ；通过状态基准值生成器得到状态矢量平衡值Ｘ＊；通过广义操纵面基准指令生成器得到广义操纵面控制矢量的平衡值δ＊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，刘智，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11