一种小型无人机滑跑增稳控制方法技术

本发明专利技术公开了一种小型无人机滑跑增稳控制方法，用于解决小型无人机在滑跑纠偏过程中容易出现的侧翻问题，该方法在无人机滑跑转向过程中，加入了增稳控制，根据无人机当前滑跑状态，控制产生气动力矩，平衡转向过程中无人机所受的侧翻力矩，从而增加了无人机滑跑时的姿态稳定性，防止其发生侧翻或机翼擦地事故。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机控制领域，具体涉及一种针对小型无人机的增加其滑跑姿态稳定性的控制方法。
技术介绍
以往在无人机研制过程中总是很重视无人机的空中飞行性能，虽然无人机起飞/着陆的时间只占整个飞行任务的2％-3％，但是许多飞行事故都是发生在起飞/着陆的过程中。尤其对于机轮尺寸小、机体质量轻的小型无人机，其使用的跑道通常较为简陋，跑道上的凸起或者坑洼、阵风等因素都会对滑跑中的无人机产生较大的扰动，使其航向发生较大偏差。小型无人机在纠正偏差的过程中很容易出现侧翻或者机翼擦地现象。在现有无人机滑跑控制研究方面，人们只是关注无人机的纠正偏差控制，往往忽略了在纠偏过程中无人机的姿态稳定性，而在试飞过程中上经常能够看见小型无人机在纠偏过程中发生侧翻或者机翼擦地事故，这些事故会对无人机造成很大的损坏。因此需要一种控制方案来增加小型无人机滑跑过程中的姿态稳定性，解决容易出现的侧翻问题。
技术实现思路
有鉴于此，针对前三点式起落架布局的小型无人机，本专利技术提出了一种基于小型无人机滑跑增稳控制方法，能够增加无人机滑跑转向过程中的姿态稳定性，解决小型无人机在滑跑转向过程中容易出现的侧翻问题，保证了小型无人机滑跑转向时的安全性。一种小型无人机滑跑增稳控制方法，应用于前三点式起落架布局的小型无人机；该方法在无人机滑跑转向过程中，根据无人机当前滑跑状态，控制产生气动力矩，平衡转向过程中无人机所受的侧翻力矩。优选地，所述根据无人机当前滑跑状态，控制产生气动力矩为：根据滑跑速度和前轮转角，解算升降舵和副翼的偏转角度，据此控制升降舵和副翼偏转，以产生气动力矩。优选地，所述解算升降舵和副翼的偏转角度时，依据的控制规则为：当无人机滑跑速度在小速度范围内，且前轮转角为小角度，确定无人机无侧翻危险；此时：升降舵正向大角度偏转，副翼小角度偏转；当无人机滑跑速度在小速度范围内，且前轮转角为大角度，确定无人机有较小的侧翻危险；此时：升降舵负向小角度偏转，副翼小角度偏转；当无人机滑跑速度在大速度范围内，且前轮转角为小角度，确定无人机有较小的侧翻危险；此时：升降舵正向小角度偏转，副翼大角度偏转；当无人机滑跑速度在大速度范围内，且前轮转角为大角度，确定无人机有较大的侧翻危险；此时：升降舵负向大角度偏转，副翼大角度偏转；其中，所述升降舵的正向偏转为升降舵向下偏转，形成低头气动力矩；所述升降舵的负向偏转为升降舵向上偏转，形成抬头气动力矩；前轮转角、升降舵和副翼偏转角度中的大角度和小角度均根据各自的阈值进行判断。优选地，采用模糊控制器解算升降舵和副翼的偏转角度，具体包括：根据所述控制规则建立模糊控制规则表为：其中，NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分别为负大、负中、负小、中值、正小、正中、正大；根据所述模糊控制规则表，设计隶属度函数；其中选用三角形和正态型相结合的隶属度函数，调整模糊子集在整个论域的位置及覆盖范围，获得收敛性和响应速度满足要求的隶属度函数；根据隶属度函数，采用重心法作为解模糊算法，得到副翼和升降舵的模糊控制规则面；利用该模糊控制规则面控制副翼和升降舵偏转产生气动力矩，实现滑跑转向过程中的增稳控制。有益效果：(1)本专利技术创新性的在无人机滑跑转向过程中，根据无人机当前滑跑状态，控制舵面偏转产生气动力矩，平衡转向过程中无人机所受的侧翻力矩，从而可有效地解决小型无人机滑跑转向过程中容易侧翻的问题，填补了目前无人机滑跑增稳控制方面的空白。(2)本专利技术提出采用滑跑速度和前轮转角作为输入量，以升降舵和副翼偏转作为控制量，其中输入量采用容易获取的滑跑速度和前轮转向角，而没有采用无人机的姿态角，优点是可以在无人机姿态发生变化之前控制产生气动力矩，增稳效果更好。(3)本专利技术采用模糊控制实现控制规则，模糊控制本身具备较强的鲁棒性，不易受外界干扰；而且模糊控制对运算环境要求较低，具备较高的可实现性。附图说明图1为前三点式起落架布局示意图；图2模糊控制中为升降舵和副翼偏转的隶属度函数；图3为升降舵偏转模糊控制规则面；图4为副翼偏转模糊控制规则面；其中：1-前转向轮、2-左后轮、3-右后轮、4-左副翼、5-右副翼、6-升降舵。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种小型无人机滑跑增稳控制方法，用于滑跑纠偏，该方法创新性的在无人机滑跑转向过程中，加入了增稳控制，根据无人机当前滑跑状态，控制舵面偏转产生气动力矩，平衡转向过程中无人机所受的侧翻力矩，从而增加了无人机滑跑时的姿态稳定性，防止其发生侧翻或机翼擦地事故。上述小型无人机即为空机质量小于116千克的无人机。所述前三点式起落架布局如附图1所示，无人机有三个起落架和相应的轮胎，呈现三角形布局，机身前部有一个起落架，该起落架上的轮胎为可转向前轮，机身中部有两个起落架，对称分布在机身左右两侧，起落架上轮胎不可转向。所述滑跑纠偏即为纠正无人机在滑跑过程中产生的侧向距离偏差和侧向速度偏差，使无人机沿跑道中心线滑跑。所述无人机侧翻即为无人机一侧轮胎离开地面，无人机机体和地面发生碰撞接触。其中，滑跑状态选取滑跑速度和前轮转角。则在滑跑转向时，根据滑跑速度和前轮转角，解算升降舵和副翼的偏转角度，据此控制升降舵和副翼偏转，以产生气动力矩，平衡纠偏过程中的侧翻力矩，使机体姿态保持平稳，增加无人机的滑跑稳定性，同时也可以增加前轮对地面的压力，来提高转向效率。上述解算所依据的具体控制规则为：当无人机滑跑速度在小速度范围内，且前轮转角为小角度，确定无人机无侧翻危险；此时：升降舵正向大角度偏转，形成低头力矩，增加前轮对地面的压力，提高前轮转向效率；副翼小角度偏转，减小阻力有利于无人机尽快达到起飞速度。当无人机滑跑速度在小速度范围内，且前轮转角为大角度，确定无人机有较小的侧翻危险；此时：升降舵负向小角度偏转，副翼小角度偏转，形成合力距，平衡无人机受到的侧翻力矩。当无人机滑跑速度在大速度范围内，且前轮转角为小角度，确定无人机有较小的侧翻危险；此时：升降舵正向小角度偏转，副翼大角度偏转，形成较大的阻力减小无人机的侧向速度，同时产生较大的滚转力矩平衡无人机受到的侧翻力矩。当无人机滑跑速度在大速度范围内，且前轮转角为大角度，确定无人机有较大的侧翻危险；此时：升降舵负向大角度偏转，副翼大角度偏转，形成较大的合力矩防止无人机侧翻。在此过程中对升降舵的偏转进行限制，避免因升降舵偏转角度过大造成的无人机离地；其中，所述升降舵的正向偏转为升降舵向下偏转，形成低头气动力矩；所述升降舵的负向偏转为升降舵向上偏转，形成抬头气动力矩；前轮转角、升降舵和副翼偏转角度中的大角度和小角度均根据各自的阈值进行判断。在本较佳实施例中，采用模糊控制器解算升降舵和副翼的偏转角度，这种模糊的表达更增加了解算结果的准确性。根据所述控制规则建立模糊控制规则表为：其中，NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分别为负大、负中、负小、中值、正小、正中、正大。根据所述模糊控制规则表，设计隶属度函数；其中选用三角形和正态型相结合的隶属度函数，调整模糊子集在整个论域的位置及覆盖范围，获得收敛性好、响应快的隶属度函数；根据隶属度函数，采用重心法作为解模糊算法，得到副翼和升降舵的模糊控制规则面。利用该模糊控制规则面进行滑跑转向过程中的增稳控制。上述模糊控制采用模糊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型无人机滑跑增稳控制方法，应用于前三点式起落架布局的小型无人机；其特征在于，在无人机滑跑转向过程中，根据无人机当前滑跑状态，控制产生气动力矩，平衡转向过程中无人机所受的侧翻力矩。

【技术特征摘要】
1.一种小型无人机滑跑增稳控制方法，应用于前三点式起落架布局的小型无人机；其特征在于，在无人机滑跑转向过程中，根据无人机当前滑跑状态，控制产生气动力矩，平衡转向过程中无人机所受的侧翻力矩。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无人机当前滑跑状态，控制产生气动力矩为：根据滑跑速度和前轮转角，解算升降舵和副翼的偏转角度，据此控制升降舵和副翼偏转，以产生气动力矩。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述解算升降舵和副翼的偏转角度时，依据的控制规则为：当无人机滑跑速度在小速度范围内，且前轮转角为小角度，确定无人机无侧翻危险；此时：升降舵正向大角度偏转，副翼小角度偏转；当无人机滑跑速度在小速度范围内，且前轮转角为大角度，确定无人机有较小的侧翻危险；此时：升降舵负向小角度偏转，副翼小角度偏转；当无人机滑跑速度在大速度范围内，且前轮转角为小角度，确定无人机有较小的侧翻危险；此时：升降舵正向小角度偏转，副翼大角度偏转；当无人机滑跑速度在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭杰，李震，陈天悦，刘真畅，唐胜景，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11