一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法技术

本发明专利技术提供一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法，载机将无人机在空中投放，陀螺仪实时测量无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度，将测量值传递给无人机的控制器，无人机被投放时具有一定前向速度，且滚转角和俯仰角都为0度；控制器利用PID双闭环控制方法对无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度进行控制；控制器按照固定值的角速率调整俯仰角至0度，同时控制器在俯仰角小于负60度时，控制滚转角角速率不变，待俯仰角等于或大于负60度时，调整滚转角至0度；当滚转角和俯仰角均调整至0度时，完成起飞。本方法可将无人机空投后的任意滚转角调整为0，控制方式简单可靠；降低无人机空投起飞所需的条件；一架载机可同时携带并投放多架无人机。

【技术实现步骤摘要】
一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法
本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法。
技术介绍
无人机具有重量轻、维护成本低、无人员伤亡风险、使用方便等优势，目前应用领域日益广泛，在资源勘探、环境监测、应急救灾、公共安全、火灾监测与救援、快递投放等方面均有相关的技术与产品开发。折叠翼无人机空投起飞时，要求载机释放无人机的高度必须足够高，飞行场地要足够大。当载机将无人机空投之后，将进行自由落体运动，且受到外界的风速等影响，必须通过相应控制器对无人机俯仰角和滚转角进行控制，在落地之前将无人机的俯仰角和滚转角都调整为0，达到顺利起飞的效果。目前，在现有技术中，对折叠翼无人机空投之后俯仰角和滚转角的控制方法，过程复杂、效率较低；利用俯仰角进行参控，容易出现陀螺仪俯仰角在90度极区，导致控制失败；载机空投无人机的高度必须足够高，否则无人机将在完成起飞姿态调整前落地；载机将无人机垂直空投时，无人机时的航向不可控，因此在起飞姿态的调整过程中不仅需要有足够大的飞行场地，且一架载机只能携带一架无人机，空投效率较低。
技术实现思路
：本专利技术目的是提供了一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法，要解决现有技术中存在的折叠翼无人机对空投下降高度的要求高，空投后的飞行控制方法复杂、控制效率较低，以及空投后的航向不可控等技术问题。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法，载机将无人机在空中投放，陀螺仪实时测量无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度，将测量值传递给无人机的控制器，无人机被投放时具有一定前向速度，且滚转角和俯仰角都为0度；控制器利用PID双闭环控制方法对无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度进行控制；控制器按照固定值的角速率调整俯仰角至0度，同时控制器在俯仰角小于负60度时，控制滚转角角速率不变，待俯仰角等于或大于负60度时，调整滚转角至0度；当滚转角和俯仰角均调整至0度时，完成起飞。其中，上文中PID(英文全称为ProportionIntegrationDifferentiation)意为比例积分微分，PID控制即为比例、积分、微分控制；属于电工电子类技术术语。优选的，控制器采用PID双闭环控制方法对无人机的俯仰角进行控制，以5度每秒的角速率调整无人机的俯仰角至0度。优选的，PID双闭环控制方法以俯仰角角速率形成PID内环，以俯仰角为PID外环，组成PID双闭环。优选的，在俯仰角等于或大于负60度时，控制器采用PID双闭环控制方法对滚转角进行控制；PID双闭环控制方法以滚转角角速率形成PID内环，以滚转角为PID外环，组成PID双闭环。优选的，无人机在调整俯仰角至0度的过程中启动油门；无人机的俯仰角小于一个阈值时，油门不启动，通过重力让无人机获得前向加速度；当无人机的俯仰角等于或大于阈值时，油门启动，开动螺旋桨。优选的，阈值是负15度。优选的，无人机是折叠翼无人机。优选的，所述无人机空投下落过程中，无人机机翼展开。优选的，载机投放无人机时，是将无人机安装在筒中一起投放，当无人机俯仰角为负30度时，无人机与筒分离。优选的，无人机与筒分离时，无人机机翼展开。本方案具有如下有益效果：1、无人机以俯仰角和滚转角均为0的姿态安装在载机上，便于载机携带；2、本方案的控制方法可将无人机空投后的任意滚转角调整为0，控制方法简单可靠；3、无人机以俯仰角和滚转角为0的姿态开始下落，可减少无人机从释放到起飞结束过程中的下降高度，降低无人机空投起飞所需场地条件；4、本方案的控制方法在无人机空投时的航向可预先确定，因此一架载机可以同时携带并投放多架无人机。附图说明图1为本专利技术的空投无人机起飞姿态控制方法流程示意图；图中，pitch为无人机俯仰角，roll为无人机滚转角。具体实施方式现参照说明书附图来阐述本专利技术的选定实施例，本专利技术的实施例的下述说明仅是示例性的，并不是为了限制本专利技术的方案。实施例1本实施例采用的折叠翼无人机预先安装有控制器和两个陀螺仪，两个陀螺仪分别用于检测无人机滚装方向和俯仰方向的角速率和角度。载机携带无人机飞行到一定高度后，在无人机的机头具有一定前向速度的条件下，将无人机以水平姿态释放，也即释放时无人机的俯仰角和滚转角均为0度。无人机被释放后即开始自由落体运动，同时控制器启动无人机起飞姿态控制流程。无人机正常起飞，需要调整至合适的飞行姿态，并具有一定的前向速度。在飞行姿态控制方面，需要将无人机的滚转角和俯仰角均调整至0度。本实施例中的无人机在开始自由落体前即具有一定的前向速度，自由落体过程中将会获得一定的垂直速度，因此可以给无人机提供足够的初速度。当无人机的滚转角和俯仰角均调整至0度左右，同时也具有足够的前飞速度时，标志着无人机起飞成功，然后就可以进入常规飞行流程。现参照附图1，具体介绍本实施例的折叠翼无人机空投起飞姿态控制的具体方法。载机将无人机在空中投放后，两个陀螺仪实时测量无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度，并将测量值实时传递给无人机的控制器。无人机释放时的俯仰角和滚转角均为0度，由于空气阻力和风速等外界因素，无人机在自由落体过程中其俯仰角和滚转角会发生变化；当陀螺仪检测到无人机俯仰角为负30度时，控制器命令无人机机翼迅速展开起飞。控制器利用PID双闭环控制方法对无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度进行控制调整；具体控制调整的方法如下：1、控制器按照固定值的角速率调整俯仰角至0度；2、同时控制器在俯仰角小于负60度时，控制滚转角角速率不变，待俯仰角等于或大于负60度时，调整滚转角至0度；3、当滚转角和俯仰角均调整至0度时，完成起飞。因为无人机在俯仰角小于负60度时，若此时不控制滚转角角速率，无人机姿态将混乱，容易进入螺旋状态，导致起飞失败；若此时在短时间内太快将滚转角调整至0度，无人机将失速自由落体，也无法成功起飞。因此本实施例中，在无人机俯仰角小于负60度时，先控制滚转角角速率不变，这样无人机在自由落体的过程中可以继续获得前飞的速度和加速度，有利于无人机的起飞控制；待控制器将无人机俯仰角调整至等于或大于负60度时，再调整滚转角至0度，避免了无人机失速或进入螺旋状态，可保证无人机的顺利起飞。本实施例的无人机飞行姿态控制方法，无人机具有足够的初速度，且无人机以俯仰角和滚转角均为0的姿态安装在载机上，便于载机携带；无人机以俯仰角和滚转角为0的姿态开始下落，可减少无人机从释放到起飞结束过程中的下降高度，降低了无人机空投起飞所需的场地条件；可将无人机空投后的任意滚转角调整为0，控制方式简单可靠；由于无人机空投以水平姿态释放，航向可预先确定，且起飞过程中俯仰角和滚转角都参控，因此释放后的无人机航向可控，所以一架载机可以同时携带并投放多架无人机，提高了无人机空投效率。无人机的俯仰角控制方法具体为：控制器采用PID双闭环控制方法对无人机的俯仰角进行控制，以5度每秒的角速率调整无人机的俯仰角至0度后，保持控制俯仰角为0度；其中PID双闭环控制方法以俯仰角角速率形成PID内环，以俯仰角为PID外环，组成PID双闭环。无人机的滚转角控制方法具体为：无人机在空投后自由落体期间，在俯仰角小于60度时，保持控制无人机的滚转角角速率不变；在俯仰角等于或大于负60度时，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法，载机将无人机在空中投放，陀螺仪用于测量无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度，将测量值传递给所述无人机的控制器，其特征在于：所述无人机被投放时具有一定前向速度，且滚转角和俯仰角都为0度；所述控制器利用PID双闭环控制方法对无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度进行控制；所述控制器按照固定值的角速率调整俯仰角至0度，同时所述控制器在俯仰角小于负60度时，控制滚转角角速率不变，待俯仰角等于或大于负60度时，调整滚转角至0度；当滚转角和俯仰角均调整至0度时，完成起飞。

【技术特征摘要】
1.一种水平空投无人机的起飞姿态控制方法，载机将无人机在空中投放，陀螺仪用于测量无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度，将测量值传递给所述无人机的控制器，其特征在于：所述无人机被投放时具有一定前向速度，且滚转角和俯仰角都为0度；所述控制器利用PID双闭环控制方法对无人机滚转方向和俯仰方向的角速率和角度进行控制；所述控制器按照固定值的角速率调整俯仰角至0度，同时所述控制器在俯仰角小于负60度时，控制滚转角角速率不变，待俯仰角等于或大于负60度时，调整滚转角至0度；当滚转角和俯仰角均调整至0度时，完成起飞。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述控制器采用PID双闭环控制方法对所述无人机的俯仰角进行控制，以5度每秒的角速率调整所述无人机的俯仰角至0度。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述PID双闭环控制方法以俯仰角角速率形成PID内环，以俯仰角为PID外环，组成PID双闭环。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在俯仰角等于或大于负60度时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市易飞方达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44