一种固定翼无人机降落控制方法技术

本发明专利技术公开了一种固定翼无人机降落控制方法，包括：在下滑过程中，控制无人机上的螺旋桨反转产生反推力，并通过调整舵面参数控制无人机以第一下滑角度减速下降；在无人机滑行速度达到第一速度，且通过机载定位装置测得无人机距离地面为第一高度时，控制舵面使无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置；控制无人机以第二下滑角度减速下降；在无人机滑行速度达到第二速度，且通过机载定位装置测得无人机距离地面为第二高度时，以第三下滑角度将无人机拉平，并控制螺旋桨停止工作；控制无人机经过平飘、接地和着陆滑行过程后降落至地面。实现无人机的快速降落，降低无人机着陆控制的复杂度，并进一步保护无人机的搭载设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空飞行器设计
，尤其涉及一种固定翼无人机降落控制方法。
技术介绍
无人机一般分为固定翼与旋转翼两种类型，常规的固定翼无人机虽然具有速度快、航程远的优点，但是起飞着陆有场地要求，同时无法进行空中定点悬浮；而旋翼无人机可垂直起降，对起飞场地没有要求，并可在空中悬停来执行任务。其中，现有的小型无尾式固定翼无人机着陆过程一般分为五个阶段：下滑，拉平，平飘，接地和着陆滑行。目前，现有技术主要通过推低油门等手段逐渐减速并降低高度，降落曲线皆接近一条斜线，其缺点是降落过程较长；降落阶段无人机难以平稳降落；易对安装于机身底部的设备如云台，相机等造成碰撞伤害。由于现有的小型无尾式电动固定翼无人机巡航速度一般为20m/s左右，降落过程中即使降低油门，其要使无人机减速至0m/s所需的时间较长，且无人机难以平稳降落；而螺旋桨反转的推力效能也无正转的推力大，仅依靠螺旋桨反转将使得无人机推力不足；即使再配合襟翼控制减速、增加阻力、调整下降的角度，但需要控制无人机在一个比较缓慢的速度下，一边向前飞行，一边下降，还要避免失速，期间还要伴随风向风速进行调整，因此无人机着陆控制过程非常复杂，现有的这些无人机着陆控制手段还需优化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种固定翼无人机降落控制方法，实
现无人机的快速降落，降低无人机着陆控制的复杂度，并进一步保护无人机的搭载设备。为解决以上技术问题，本专利技术实施例提供一种固定翼无人机降落控制方法，包括：在下滑过程中，控制无人机上的螺旋桨反转产生反推力，并通过调整舵面参数控制所述无人机以第一下滑角度减速下降；在所述无人机滑行速度达到第一速度，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第一高度时，控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置；控制所述无人机以第二下滑角度减速下降；所述第二下滑角度大于所述第一下滑角度；在所述无人机滑行速度达到第二速度，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第二高度时，以第三下滑角度将所述无人机拉平，并控制所述螺旋桨停止工作；所述第二速度小于所述第一速度；所述第二高度小于第一高度，所述第三下滑角度小于所述第一下滑角度；控制所述无人机经过平飘、接地和着陆滑行过程后降落至地面。在一种可实现的方式中，所述控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置，包括：输入无人机的预设滚转角，将所述预设滚转角输入至PID系统中产生第一输出控制信号；检测所述第一输出控制信号是否为有效信号；并在所述第一输出控制信号为有效信号时，将所述第一输出控制信号输入到舵机，由舵机控制舵面的转动，从而改变无人机的航向和控制无人机的滚转。优选地，当所述第一输出控制信号不超出滚转角的速率限幅和舵面限幅时，所述第一输出控制信号为有效信号；反之，所述第一输出控制信号为无效信号。进一步地，所述控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置，还包括：通过陀螺仪实时监测所述无人机的实际滚转角度和实际滚转角速度信号，对所述预设滚转角进行调节，以减小所述无人机的滚转误差。再进一步地，所述控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置，还包括：通过将所述无人机进行180度翻转，将机体的重心位置从机体的下部位置调整为机体的上部位置，并将无人机的上单翼气动布局相应调整为下单翼气动布局。优选地，所述的固定翼无人机降落控制方法，还包括：根据所述无人机的各个下滑角度，实时调整无人机的俯仰角，并将所述俯仰角输入至PID系统中产生第二输出控制信号；检测所述第二输出控制信号是否为有效信号；将所述第二输出控制信号输入到舵机，通过所述舵机控制舵面的转动，改变无人机的升力大小，以形成无人机抬头或低头的姿态。其中，所述第二输出控制信号不超出俯仰角的速率限幅和舵面限幅时，所述第二输出控制信号为有效信号；反之，所述第二输出控制信号为无效信号。进一步地，根据所述无人机的各个下滑角度，实时调整无人机的俯仰角，还包括：通过陀螺仪实时监测所述无人机的实际俯仰角度和实际俯仰角速度信号，对各个下滑角度进行调节，以减小所述无人机抬头或低头的摆动误差。本专利技术实施例提供的固定翼无人机降落控制方法，在无人机下滑降落过程中，通过螺旋桨反转产生反推力，控制舵面使无人机以一定的斜率或下滑角度减速下降，在无人机下滑至距离地面一定高度时，控制舵面使无人机翻转180度，将无人机的上单翼气动布局改变为下单翼布局；因上单翼布局的无人机，重心在机体下方，机体较为稳定；而下单翼布局的无人机，重心在机体上方，机体灵活，机动性强；因气动布局的改变，气流流经机体上下表面的流速与动压分布改变(机身上表面的流速较下表面的流速快，机身上表面的压强较下表面的压强小)等相应改变，由动压差产生的升力与阻力也随之改变。以上整个过程的综合作用是增加了无人机的扰流阻力和减小了升力；因无人机受的阻力变大，从而速度下降更快，减少了降落滑行距离，并能起到进一步保护搭载设备的作用。附图说明图1是本专利技术提供的一种固定翼无人机降落控制方法的一个实施例的过程示意图。图2是本专利技术提供的无人机地面坐标系与各个角度的关系示意图。图3是本专利技术提供的调整无人机滚转角或俯仰角的一种实现方式的过程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参见图1，是本专利技术提供的一种固定翼无人机降落控制方法的一个实施例的过程示意图。具体实施时，本实施例提供的固定翼无人机降落控制方法，具体包括以下过程：步骤S1：在下滑过程中，控制无人机上的螺旋桨反转产生反推力，并通过调整舵面参数控制所述无人机以第一下滑角度θ1减速下降；步骤S2：在所述无人机滑行速度达到第一速度v1，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第一高度H1时，控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置；步骤S3：控制所述无人机以第二下滑角度θ2减速下降；所述第二下滑角度θ2大于所述第一下滑角度θ1；步骤S4：在所述无人机滑行速度达到第二速度v2，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第二高度H2时，以第三下滑角度θ3将所述无人机拉平，并控制所述螺旋桨停止工作；所述第二速度v2小于所述第一速度v1；所述第二高度H2小于第一高度H1，所述第三下滑角度θ3小于所述第一下滑角度θ1；步骤S5：控制所述无人机经过平飘、接地和着陆滑行过程后降落至地面。参看图2，是本专利技术提供的无人机地面坐标系与各个角度的关系示意图。在
图2中，θ为俯仰角，ψ为偏航角，φ为滚转角。具体地，在无人机下滑过程中，螺旋桨反转产生反推力，可以通过舵机控制舵面使无人机以斜率或下滑角度θ1(优选10°～15°)减速下降；在下滑一段距离后至无人机下降到距离地面H1＝75米(可通过机载GPS实时测定)时，控制空速下降至v1＝10～15米/秒，开始控制舵面(滚转角φ)使无人机进行180°翻转，在此过程中螺旋桨继续反转，无人机继续保持比较大的下滑角度θ2(优选15°～20°)；完成此过程时，无人机空速可下降至v2＝10米/秒，距地高度H2约为10～15米；此后以较小的下滑角度θ3(优选5°～10°)进行无人机拉平，螺旋桨可停止工作；然后控制无人机平飘，接地与滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定翼无人机降落控制方法，其特征在于，包括：在下滑过程中，控制无人机上的螺旋桨反转产生反推力，并通过调整舵面参数控制所述无人机以第一下滑角度减速下降；在所述无人机滑行速度达到第一速度，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第一高度时，控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置；控制所述无人机以第二下滑角度减速下降；所述第二下滑角度大于所述第一下滑角度；在所述无人机滑行速度达到第二速度，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第二高度时，以第三下滑角度将所述无人机拉平，并控制所述螺旋桨停止工作；所述第二速度小于所述第一速度；所述第二高度小于第一高度，所述第三下滑角度小于所述第一下滑角度；控制所述无人机经过平飘、接地和着陆滑行过程后降落至地面。

【技术特征摘要】
1.一种固定翼无人机降落控制方法，其特征在于，包括：在下滑过程中，控制无人机上的螺旋桨反转产生反推力，并通过调整舵面参数控制所述无人机以第一下滑角度减速下降；在所述无人机滑行速度达到第一速度，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第一高度时，控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置；控制所述无人机以第二下滑角度减速下降；所述第二下滑角度大于所述第一下滑角度；在所述无人机滑行速度达到第二速度，且通过机载定位装置测得所述无人机距离地面为第二高度时，以第三下滑角度将所述无人机拉平，并控制所述螺旋桨停止工作；所述第二速度小于所述第一速度；所述第二高度小于第一高度，所述第三下滑角度小于所述第一下滑角度；控制所述无人机经过平飘、接地和着陆滑行过程后降落至地面。2.如权利要求1所述的固定翼无人机降落控制方法，其特征在于，所述控制舵面使所述无人机进行180度翻转，调整机体的重心位置，包括：输入无人机的预设滚转角，将所述预设滚转角输入至PID系统中产生第一输出控制信号；检测所述第一输出控制信号是否为有效信号；并在所述第一输出控制信号为有效信号时，将所述第一输出控制信号输入到舵机，由舵机控制舵面的转动，从而改变无人机的航向和控制无人机的滚转。3.如权利要求2所述的固定翼无人机降落控制方法，其特征在于，当所述第一输出控制信号不超出滚转角的速率限幅和舵面限幅时，所述第一输出控制信号为有效信号；反之，所述第一输出控制信号为无效信号。4.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宛隆，柯宗泽，吴宽，赵丽丽，黄泽栋，陈业宏，林晓鑫，曾祥辉，翁文辉，欧阳可诚，江俊奇，
申请(专利权)人：广东泰一高新技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44