一种面向运输飞行器的飞行控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向运输飞行器的飞行控制系统，包括：控制设备、至少一个智能货箱、定位基站；定位基站位置固定；智能货箱包括定位模块、货箱处理模块和无线通信模块；定位模块用于确定位置；货箱处理模块用于确定智能货箱的惯性数据；控制设备用于根据所有智能货箱的惯性数据、飞行器在空机时的惯性数据以及飞行器中余油的惯性数据，更新飞行器当前的重心、重量和转动惯量。通过本发明专利技术实施例提供的飞行控制系统，可以实时并准确地更新飞行器整体上的重心、重量和转动惯量，具有良好的适应能力与鲁棒性，方便后续基于该更新后的惯性数据精准地控制飞行器，能够实现物品运输与物品空投过程中飞行器的安全飞行。空投过程中飞行器的安全飞行。空投过程中飞行器的安全飞行。

【技术实现步骤摘要】
一种面向运输飞行器的飞行控制系统


[0001]本专利技术涉及飞行器
，具体而言，涉及一种面向运输飞行器的飞行控制系统。

技术介绍

[0002]无人机进行物资运输时，其重量、重心、转动惯量等随着装载不同，与设计点存在较大的偏离；无人机进行物资空投时，其重量、重心、转动惯量等随着货物的装载与抛投出现跳变。
[0003]目前的无人机飞行控制系统并未对物资运输与空投时存在的重量、重心、转动惯量偏移及跳变进行充分的关注与有效的处理。现有的大型固定翼无人机多处于样机演示阶段，针对需要演示飞行的某几个预设的物资运输状态进行充分的仿真校验后才开展实验，不具备适应不同物资装载的常态化运行能力。

技术实现思路

[0004]为解决现有方案存在的技术问题，本专利技术实施例提供一种面向运输飞行器的飞行控制系统。
[0005]本专利技术实施例提供了一种面向运输飞行器的飞行控制系统，包括：控制设备、至少一个智能货箱、定位基站；所述智能货箱和所述定位基站位于所述飞行器内，所述定位基站位置固定；所述智能货箱包括：定位模块、货箱处理模块和无线通信模块；所述定位模块用于基于所述定位基站确定所述定位模块的位置；所述货箱处理模块用于基于所述定位模块的位置确定所述智能货箱的重心，并确定所述智能货箱的重量和转动惯量；通过所述无线通信模块将所述智能货箱的惯性数据发送至所述控制设备；所述惯性数据包括重心、重量和转动惯量；所述控制设备用于根据所有所述智能货箱的惯性数据、所述飞行器在空机时的惯性数据以及所述飞行器中余油的惯性数据，更新所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量。
[0006]在一种可能的实现方式中，所述控制设备具体用于：结合所述飞行器在空机时的重量、所述余油的重量以及所有所述智能货箱的重量确定所述飞行器当前的重量；根据力矩平衡原理，根据所述飞行器当前的重量、所述飞行器在空机时的重量及重心、所述余油的重量及重心、所有所述智能货箱的重量及重心，确定所述飞行器当前的重心；将所述飞行器在空机时的转动惯量、所述余油的转动惯量以及所有所述智能货箱的转动惯量叠加为所述飞行器当前的转动惯量。
[0007]在一种可能的实现方式中，所述飞行器当前的重心满足：
其中， 表示所述飞行器当前的重心， 表示所述飞行器在空机时的重心， 表示所述飞行器在空机时的重量， 表示所述余油的重心， 表示所述余油的重量； 表示第i个智能货箱的重心， 表示第i个智能货箱的重量，i=1,2,
…
,N，N表示所述智能货箱当前的数量； 表示所述飞行器当前的重量。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述将所述飞行器在空机时的转动惯量、所述余油的转动惯量以及所有所述智能货箱的转动惯量叠加为所述飞行器当前的转动惯量，包括：将所述飞行器各个组成部分的转动惯量均转换为全机坐标系下的转动惯量，所述组成部分包括空机时的飞行器、余油以及所有的所述智能货箱；叠加所有所述组成部分在所述全机坐标系下的转动惯量，得到所述飞行器在所述全机坐标系下当前的转动惯量；将所述飞行器在所述全机坐标系下当前的转动惯量转换至所述飞行器的自身坐标系下，确定所述飞行器当前的转动惯量。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述智能货箱还包括标签读写模块；所述标签读写模块用于读取所述智能货箱内货物标签，获取货物重量数据，并将所述货物重量数据发送至所述货箱处理模块；所述货箱处理模块还用于基于所有的所述货物重量数据确定所述智能货箱的重量。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述智能货箱的重量满足：其中， 表示第i个智能货箱的重量，表示第i个智能货箱中第j个货物的重量，j=1,2,
…
,K，K表示第i个智能货箱中的货物数量。
[0011]在一种可能的实现方式中，在所述更新所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量之后，控制设备还用于：
基于更新后的所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量控制所述飞行器飞行。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述基于更新后的所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量控制所述飞行器飞行包括：根据更新后的所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量确定所述飞行器更新后的六自由度运动模型；基于所述六自由度运动模型确定所述飞行器的前馈控制量，确定所述飞行器的线性控制量，确定所述飞行器的补偿控制量；结合所述前馈控制量、所述线性控制量和所述补偿控制量确定总控制输入，基于所述总控制输入控制所述飞行器飞行。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述确定所述飞行器的前馈控制量，包括：确定所述飞行器当前的飞行状态，所述飞行状态包括：空速 、航迹倾角 和转弯半径 ；根据所述六自由度运动模型和所述飞行状态，确定所述飞行器平衡的攻角、侧滑角及滚转角；基于力矩平衡原理确定所述飞行器的前馈控制量，所述前馈控制量包括：升降舵前馈量、油门前馈量、副翼前馈量和方向舵前馈量。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述升降舵前馈量 、所述油门前馈量 、所述副翼前馈量 和所述方向舵前馈量 分别满足：分别满足：分别满足：其中， 、 、 分别表示攻角、侧滑角、滚转角； 表示机体轴三轴角速率， 表示机体轴三轴速度中y轴、z轴对应的速度， 表示俯仰角，m表示飞行器
当前的重量，g表示重力加速度，*表示相应参数的配平状态量； 分别表示飞行器在自身坐标系下绕x轴、y轴、z轴的转动惯量， 表示飞行器在自身坐标系下关于xz平面的惯量积；ρ表示大气密度，c表示平均气动弦长，S表示参考面积， 表示零攻角零俯仰角速率零舵偏时的俯仰力矩系数， 表示俯仰力矩系数对攻角的导数， 表示俯仰力矩系数对俯仰角速率的导数， 表示俯仰力矩系数对升降舵的导数； 表示零俯仰角速率零舵偏时的机体轴阻力系数， 表示机体轴阻力系数对俯仰角速率的导数， 表示机体轴阻力系数对升降舵的导数， 表示螺旋桨桨盘面积， 表示螺旋桨拉力系数， 表示桨盘尾流系数； 表示滚转力矩系数对于副翼的导数， 表示滚转力矩系数对于方向舵的导数， 表示偏航力矩系数对于副翼的导数， 表示偏航力矩系数对于方向舵的导数， 表示翼展， 表示零侧滑零角速率零舵偏时的滚转力矩系数， 表示滚转力矩系数对于侧滑角的导数， 表示滚转力矩系数对于滚转角速率的导数， 表示滚转力矩系数对于偏航角速率的导数， 表示零侧滑零角速率零舵偏时的偏航力矩系数， 表示偏航力矩系数对于侧滑角的导数， 表示偏航力矩系数对于滚转角速率的导数， 表示偏航力矩系数对于偏航角速率的导数； 均为预设的自适应速率，且 。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述确定所述飞行器的线性控制量，包括：根据所述六自由度运动模型和所述飞行状态，确定所述飞行器当前的线性模型；根据所述线性模型，基于LQR原理确定所述飞行器的线性控制量。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述根据所述线性模型，基于LQR原理确定所述飞行器的线性控制量，包括：对所述线性模型引入误差e，以对所述线性模型进行扩展；所述线性模型为：
扩展后的线性模型为：其中，A、B、C、D分别表示线性系统的系统矩阵、控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向运输飞行器的飞行控制系统，其特征在于，包括：控制设备、至少一个智能货箱、定位基站；所述智能货箱和所述定位基站位于所述飞行器内，所述定位基站位置固定；所述智能货箱包括：定位模块、货箱处理模块和无线通信模块；所述定位模块用于基于所述定位基站确定所述定位模块的位置；所述货箱处理模块用于基于所述定位模块的位置确定所述智能货箱的重心，并确定所述智能货箱的重量和转动惯量；通过所述无线通信模块将所述智能货箱的惯性数据发送至所述控制设备；所述惯性数据包括重心、重量和转动惯量；所述控制设备用于根据所有所述智能货箱的惯性数据、所述飞行器在空机时的惯性数据以及所述飞行器中余油的惯性数据，更新所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量。2.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述控制设备具体用于：结合所述飞行器在空机时的重量、所述余油的重量以及所有所述智能货箱的重量确定所述飞行器当前的重量；根据力矩平衡原理，根据所述飞行器当前的重量、所述飞行器在空机时的重量及重心、所述余油的重量及重心、所有所述智能货箱的重量及重心，确定所述飞行器当前的重心；将所述飞行器在空机时的转动惯量、所述余油的转动惯量以及所有所述智能货箱的转动惯量叠加为所述飞行器当前的转动惯量。3.根据权利要求2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述飞行器当前的重心满足：；；；其中，表示所述飞行器当前的重心，表示所述飞行器在空机时的重心，表示所述飞行器在空机时的重量，表示所述余油的重心，表示所述余油的重量；表示第i个智能货箱的重心，表示第i个智能货箱的重量，i=1,2,
…
,N，N表示所述智能货箱当前的数量；表示所述飞行器当前的重量。4.根据权利要求2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述将所述飞行器在空机时的转动惯量、所述余油的转动惯量以及所有所述智能货箱的转动惯量叠加为所述飞行器当前的转动惯量，包括：将所述飞行器各个组成部分的转动惯量均转换为全机坐标系下的转动惯量，所述组成部分包括空机时的飞行器、余油以及所有的所述智能货箱；
叠加所有所述组成部分在所述全机坐标系下的转动惯量，得到所述飞行器在所述全机坐标系下当前的转动惯量；将所述飞行器在所述全机坐标系下当前的转动惯量转换至所述飞行器的自身坐标系下，确定所述飞行器当前的转动惯量。5.根据权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述智能货箱还包括标签读写模块；所述标签读写模块用于读取所述智能货箱内货物标签，获取货物重量数据，并将所述货物重量数据发送至所述货箱处理模块；所述货箱处理模块还用于基于所有的所述货物重量数据确定所述智能货箱的重量。6.根据权利要求5所述的飞行控制系统，其特征在于，所述智能货箱的重量满足：；其中，表示第i个智能货箱的重量，表示第i个智能货箱中第j个货物的重量，j=1,2,
…
,K，K表示第i个智能货箱中的货物数量。7.根据权利要求1
‑
6任意一项所述的飞行控制系统，其特征在于，在所述更新所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量之后，所述控制设备还用于：基于更新后的所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量控制所述飞行器飞行。8.根据权利要求7所述的飞行控制系统，其特征在于，所述基于更新后的所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量控制所述飞行器飞行包括：根据更新后的所述飞行器当前的重心、重量和转动惯量确定所述飞行器更新后的六自由度运动模型；基于所述六自由度运动模型确定所述飞行器的前馈控制量，确定所述飞行器的线性控制量，确定所述飞行器的补偿控制量；结合所述前馈控制量、所述线性控制量和所述补偿控制量确定总控制输入，基于所述总控制输入控制所述飞行器飞行。9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：林清，张景，
申请(专利权)人：微至航空科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：