一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，基于鲁棒伺服的角速率内环控制，引入迎角、侧滑角的非线性补偿，以消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动。本发明专利技术采用了基于鲁棒伺服的角速率内环控制，增强系统鲁棒性的同时，提高系统的快速响应能力；在此基础上引入迎角、侧滑角的非线性补偿，并对迎角、侧滑角进行控制，消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动，提高无人机筒滚机动时迎角、侧滑角的控制品质。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法
本专利技术属于航空飞行控制的
，具体涉及一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法。
技术介绍
筒滚机动是指无人机绕飞行速度方向滚转360度的一种机动飞行方式。筒滚机动过程中，滚转的快慢反映了无人机的机动能力。在筒滚过程中，无人机侧滑角和迎角会出现交叉耦合，影响飞行安全。由于重力投影的正弦激励，会使得侧滑角呈现正弦波动；而由于重力投影的余弦激励，会使得迎角呈现余弦波动，这使得迎角和侧滑角的波动使得气流角的稳定控制存在困难。此外，由于升力的竖直分量无法与重力平衡，甚至会与重力同向，使得滚转过程中高度变化率快速下降，掉高严重。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，本专利技术采用了基于鲁棒伺服的角速率内环控制，增强系统鲁棒性的同时，提高系统的快速响应能力；在此基础上引入迎角、侧滑角的非线性补偿，并对迎角、侧滑角进行控制，消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动，提高无人机筒滚机动时迎角、侧滑角的控制品质。本专利技术主要通过以下技术方案实现：一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，基于鲁棒伺服的角速率内环控制，引入迎角、侧滑角的非线性补偿，以消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动。为了更好地实现本专利技术，进一步的，纵向控制器采用鲁棒伺服与非线性补偿的控制结构，且内回路为俯仰角速率回路、外回路为迎角控制回路，对迎角的非线性扰动引入非线性补偿项进行补偿。为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述纵向控制器的控制律为：f(ξ)＝gcosφcosθ/Vg其中，Vg为地速，θ为俯仰角，φ滚转角，g为重力加速度，f(ξ)为重力的投影，为f(ξ)的导数，为比例系数，为比例系数，uαcomp为非线性补偿项，α为迎角，αg迎角给定目标值，为比例控制系数，为积分控制系数，qg为俯仰角速率给定，为比例控制系数，为比例控制系数，为积分控制系数。为了更好地实现本专利技术，进一步的，横向控制器采用鲁棒伺服的控制结构，被控量为滚转角速率。为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述横向控制器的控制律为：其中，p为滚转角速率，pg为滚转角速率给定，为比例控制系数，为积分控制系数，为比例控制系数。为了更好地实现本专利技术，进一步的，航向控制器采用非线性补偿的控制结构，被测量为侧滑角，对侧滑角的非线性扰动引入非线性补偿项进行补偿。为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述航向控制器的控制律为：βg＝0f(ξ)＝gsinφcosθ/Vg其中，Vg为地速，θ为俯仰角，φ滚转角，g为重力加速度，f(ξ)为重力的投影，为f(ξ)的导数，为比例系数，为比例系数，uβcomp为非线性补偿项，β为侧滑角，βg侧滑角给定目标值，r为偏航角速率，为比例控制系数，为积分控制系数，为比例控制系数，为比例控制系数。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用了基于鲁棒伺服的角速率内环控制，增强系统鲁棒性的同时，提高系统的快速响应能力。(2)本专利技术引入迎角、侧滑角的非线性补偿，并对迎角、侧滑角进行控制，消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动，提高无人机筒滚机动时迎角、侧滑角的控制品质。(3)方向舵采用增稳和侧滑角控制结合，避免侧滑角带来的空速衰减和力矩耦合，保证机动过程中的稳定性。(4)本专利技术通过纵向控制迎角、横向控制滚转角速率、舵向控制侧滑角，有效解决无人机在筒滚机动过程中气流角交叉耦合和大幅波动的技术问题，改善了无人机在筒滚机动过程中气流角的响应特性，保障无人机机动飞行的安全。附图说明图1为纵向控制器的结构示意图；图2为横向控制器的结构示意图；图3为航向控制器的结构示意图。具体实施方式实施例1：一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，基于鲁棒伺服的角速率内环控制，引入迎角、侧滑角的非线性补偿，以消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动。本专利技术采用了基于鲁棒伺服的角速率内环控制，增强系统鲁棒性的同时，提高系统的快速响应能力；在此基础上引入迎角、侧滑角的非线性补偿，并对迎角、侧滑角进行控制，消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动，提高无人机筒滚机动时迎角、侧滑角的控制品质。实施例2：一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，纵向控制器采用鲁棒伺服+非线性补偿的控制结构，内回路为俯仰角速率回路，外回路为迎角控制回路。非线性补偿项用于对迎角的非线性扰动进行补偿；所述横向控制器采用鲁棒伺服的控制结构，被控量为滚转角速率；所述航向控制器采用非线性补偿的控制结构，被控量为侧滑角。非线性补偿项用于对侧滑角的非线性扰动进行补偿。纵向控制的主要任务是保持无人机的迎角，避免在急剧的滚转过程中，气流分离，导致无人机失速，不利于无人机机动过程的稳定控制。为了减小气流角之间的交叉互换，并且减小高度变化率的快速下降，采用定迎角的控制结构，限制迎角，实现纵向的稳定控制。为了减小重力投影对迎角的非线性扰动，添加非线性补偿项进行迎角补偿。在纵向通道增加非线性补偿项uαcomp，以减小重力投影对迎角的余弦干扰。纵向控制律结构如图1所示，其控制律为：f(ξ)＝gcosφcosθ/Vg(4)其中：控制参数为比例控制系数，为积分控制系数，qg为俯仰角速率给定，为比例控制系数，为比例控制系数，为积分控制系数。将(4)代入(3)，解算出到纵向的非线性补偿项(uαcomp)，将迎角的非线性补偿项(uαcomp)代入(2)式，跟踪(2)给定的迎角给定目标值(αg)，解算出俯仰角速率给定目标值(qg)，跟踪(1)俯仰角速律给定目标值(qg)，解算出升降舵控制信号(δe)至升降舵舵机执行机构，从而控制升降舵实现筒滚机动纵向控制。横向控制的主要任务是控制无人机滚转，减小侧滑角。由于滚转角变化存在奇异值，因此采用定滚转角速率的方式，实现无人机筒滚的稳定控制。同时，方向舵协调出舵，将侧滑角减小在特定范围内，削弱侧滑产生的不利滚转或偏航力矩，实现无侧滑滚转，克服大的侧滑角飞行带来的危害。为了减小重力投影对侧滑角的非线性扰动，设计非线性补偿项进行侧滑角补偿。在航向通道增加非线性补偿项uβcomp，以减小重力投影对侧滑角的正弦干扰。横向控制器结构如图2所示，其控制律为：控制参数为比例控制系数，为积分控制系数，为比例控制系数；跟踪(5)滚转角速率给定目标值，解算出副翼给定目标值(δa)，发松给副翼执行结构，控制无人机保持滚转角速率。航向控制器结构如图3所示，其控制律为：βg＝0f(ξ)＝gsinφcosθ/Vg(8)控制参数为比例控制系数，为积分控制系数，为比例控制系数，为比例控制系数；将(8)代入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，其特征在于，基于鲁棒伺服的角速率内环控制，引入迎角、侧滑角的非线性补偿，以消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，其特征在于，基于鲁棒伺服的角速率内环控制，引入迎角、侧滑角的非线性补偿，以消除筒滚机动过程中重力投影对迎角、侧滑角的扰动。


2.根据权利要求1所述的一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，其特征在于，纵向控制器采用鲁棒伺服与非线性补偿的控制结构，且内回路为俯仰角速率回路、外回路为迎角控制回路，对迎角的非线性扰动引入非线性补偿项进行补偿。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方法，其特征在于，纵向控制器的控制律为：









f(ξ)＝gcosφcosθ/Vg
其中，Vg为地速，θ为俯仰角，φ滚转角，g为重力加速度，f(ξ)为重力的投影，为f(ξ)的导数，为比例系数，为比例系数，uαcomp为非线性补偿项，α为迎角，αg迎角给定目标值，为比例控制系数，为积分控制系数，qg为俯仰角速率给定，为比例控制系数，为比例控制系数，为积分控制系数。


4.根据权利要求1所述的一种基于非线性补偿的无人机筒滚机动控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东宏，崔庆梁，王毅，张瞿辉，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51