仿生扑翼飞行器的起飞、巡航及降落全自主飞行控制方法技术

本发明专利技术涉及仿生扑翼飞行器的起飞、巡航及降落全自主飞行控制方法，所述方法包括以下步骤：采用了PID控制方法，通过位置

【技术实现步骤摘要】
仿生扑翼飞行器的起飞、巡航及降落全自主飞行控制方法


[0001]本专利技术涉及一种仿生飞行器
，尤其涉及一种仿生扑翼飞行器的起飞、巡航及降落全自主飞行控制方法。

技术介绍

[0002]仿生扑翼飞行器相较于固定翼和旋翼飞行器，具有机动性高，能量利用率高，仿生特性好等优势，在军事侦察、环境勘测、表演展览等方面均有着巨大的应用潜力。在使用扑翼飞行器时，定然存在着让扑翼飞行器在远距离、超视距的范围里执行任务的需求，所以需要对扑翼飞行器的自主飞行控制方法进行研究。由于人们对非定常气流规律研究成果有限，难以建立准确的扑翼气动模型，并且目前已研制出的扑翼飞行器样机种类较少，因此关于扑翼飞行器的自主飞行控制的研究成果较少，且多停留于理论分析和仿真实验的阶段。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种仿生扑翼飞行器的起飞、巡航及降落全自主飞行控制方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0004]本专利技术的技术方案涉及一种仿生扑翼飞行器的起飞全自主控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0005]S110，使仿生扑翼飞行器以第一频率扑动翅膀，进而将所述仿生扑翼飞行器以第一仰角进行抛出，以使所述仿生扑翼飞行器获得第一前进速度；
[0006]S120，获取所述仿生扑翼飞行器的加速度，当获取的所述加速度大于第一预设值时，使所述仿生扑翼飞行器以第二频率扑动翅膀，以使所述仿生扑翼飞行器的飞行高度上升，所述第一预设值用于确定所述仿生扑翼飞行器是否执行自主起飞控制；
[0007]S130，获取所述仿生扑翼飞行器的所述飞行高度，当所述飞行高度大于第二预设值时，使所述仿生扑翼飞行器进入巡航阶段。
[0008]本专利技术的技术方案还涉及一种仿生扑翼飞行器的巡航全自主控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0009]S210，使处于自主巡航飞行的仿生扑翼飞行器绕期望圆进行飞行，所述期望圆包括期望绕圆半径和期望圆心，所述期望圆根据所述期望圆心和所述期望绕圆半径由里至外分别划分为自稳区、直飞区、绕圆区及危险区；
[0010]S220，获取所述仿生扑翼飞行器的实时位置，确定所述仿生扑翼飞行器所处的区域，执行对应的巡航飞行控制；
[0011]所述巡航飞行控制包括以下情况中的至少一种：
[0012]当仿生扑翼飞行器位于所述自稳区时，使仿生扑翼飞行器靠近所述期望圆心，控制所述仿生扑翼飞行器为自稳飞行模式，以使所述仿生扑翼飞行器保持飞行稳定，进而飞向所述直飞区；
[0013]当所述仿生扑翼飞行器位于直飞区时，使所述仿生扑翼飞行器沿径向朝外以直线
飞行模式前进，以使所述仿生扑翼飞行器飞向所述期望圆；
[0014]当所述仿生扑翼飞行器位于绕圆区时，使所述仿生扑翼飞行器以所述期望圆心为中心执行绕圆飞行模式；
[0015]当所述仿生扑翼飞行器位于危险区时，采用使所述仿生扑翼飞行器的飞行偏转角度增大、沿径向朝内以直线飞行模式前进或降落处理中的至少一种。
[0016]进一步，还包括：
[0017]所述自稳飞行模式中不关心所述仿生扑翼飞行器的航向角，并设置期望滚转角和俯仰角为零，当获取所述仿生扑翼飞行器的姿态在滚转或俯仰方向上往一侧偏转时，则往另一侧的方向进行调节。
[0018]进一步，还包括：
[0019]所述直线飞行模式通过获取所述仿生扑翼飞行器实时位置的单位切向向量和单位航向向量的点积，根据点积的值确定处于直线飞行模式下的所述仿生扑翼飞行器的偏转方向和期望航向偏转量；
[0020]其中，点积为正值时，偏转方向为右；点积为负值时，偏转方向为左；期望航向偏转量通过点积的绝对值确定。
[0021]进一步，还包括：
[0022]所述绕圆飞行模式通过获取所述仿生扑翼飞行器实时位置的单位径向向量和单位航向向量的点积，根据点积的值确定处于绕圆飞行模式下的所述仿生扑翼飞行器的偏转方向和期望航向偏转量；
[0023]所述绕圆飞行模式的期望航向偏转量通过所述点积的绝对值确定，所述绕圆飞行模式的控制方式包括以下情况的至少一种：
[0024]点积为正值时，偏转方向为右；
[0025]点积为负值时，偏转方向为左。
[0026]进一步，还包括：
[0027]通过调整滚转角来调整所述仿生扑翼飞行器的航向，以及，根据期望航向偏转量得到所述仿生扑翼飞行器的期望滚转角，通过期望翻滚角确定所述仿生扑翼飞行器的俯仰角，其中俯仰角扑翼飞行器转弯时需要通过调整俯仰角来维持飞行高度，可根据期望滚转角得到期望俯仰角。
[0028]进一步，还包括：
[0029]采用PID控制方法来对扑翼飞行器进行位姿控制，包括对径向位置采用PD控制，对滚转角采用PI控制，对俯仰角采用PD控制；
[0030]所述PD控制通过对径向位置采用比例
‑
微分控制，所述PD控制的公式为：
[0031]u
r
(k)＝K
Pr
e
r
(k)+K
Dr
[e
r
(k)
‑
e
r
(k
‑
1)][0032][0033]其中u
r
(k)为径向位置的比例控制，e
r
(k)为径向位置的微分控制，K
Pr
为径向位置控制比例系数，K
Dr
为径向位置控制微分系数，K
r
为径向位置误差比例系数；
[0034]所述PI控制通过对翻滚角采用比例
‑
积分控制，其公式为：
[0035][0036][0037]其中u
φ
(k)为滚转角的比例控制，e
φ
(k)为滚转角的积分控制，K
Pφ
为滚转角控制比例系数，K
Iφ
为滚转角控制积分系数，φ
d
(k)为扑翼飞行器期望滚转角，φ(k)为扑翼飞行器实际滚转角；
[0038]所述PD控制公式为：
[0039]u
θ
(k)＝K
Pθ
e
θ
(k)+K
Dθ
[e
rθ
(k)
‑
e
rθ
(k
‑
1)][0040]e
θ
(k)＝θ
d
(k)
‑
θ(k)
[0041]其中u
θ
(k)为俯仰角的比例控制，e
θ
(k)为俯仰角的微分控制，K
Pθ
为俯仰角控制比例系数，K
Dθ
为俯仰角控制微分系数，θ
d
(k)为扑翼飞行器期望俯仰角，θ(k)为扑翼飞行器实际俯仰角。
[0042]进一步，还包括：
[0043]所述绕圆飞行模式的控制方式和偏转量根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生扑翼飞行器的起飞全自主控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S110，使仿生扑翼飞行器以第一频率扑动翅膀，进而将所述仿生扑翼飞行器以第一仰角进行抛出，以使所述仿生扑翼飞行器获得第一前进速度；S120，获取所述仿生扑翼飞行器的加速度，当获取的所述加速度大于第一预设值时，使所述仿生扑翼飞行器以第二频率扑动翅膀，以使所述仿生扑翼飞行器的飞行高度上升，所述第一预设值用于确定所述仿生扑翼飞行器是否执行自主起飞控制；S130，获取所述仿生扑翼飞行器的所述飞行高度，当所述飞行高度大于第二预设值时，使所述仿生扑翼飞行器进入巡航阶段。2.一种仿生扑翼飞行器的巡航全自主控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S210，使处于自主巡航飞行的仿生扑翼飞行器绕期望圆进行飞行，所述期望圆包括期望绕圆半径和期望圆心，所述期望圆根据所述期望圆心和所述期望绕圆半径由里至外分别划分为自稳区、直飞区、绕圆区及危险区；S220，获取所述仿生扑翼飞行器的实时位置，确定所述仿生扑翼飞行器所处的区域，执行对应的巡航飞行控制；所述巡航飞行控制包括以下情况中的至少一种：当仿生扑翼飞行器位于所述自稳区时，使仿生扑翼飞行器靠近所述期望圆心，控制所述仿生扑翼飞行器为自稳飞行模式，以使所述仿生扑翼飞行器保持飞行稳定，进而飞向所述直飞区；当所述仿生扑翼飞行器位于直飞区时，使所述仿生扑翼飞行器沿径向朝外以直线飞行模式前进，以使所述仿生扑翼飞行器飞向所述期望圆；当所述仿生扑翼飞行器位于绕圆区时，使所述仿生扑翼飞行器以所述期望圆心为中心执行绕圆飞行模式；当所述仿生扑翼飞行器位于危险区时，采用使所述仿生扑翼飞行器的飞行偏转角度增大、沿径向朝内以直线飞行模式前进或降落处理中的至少一种。3.根据权利要求2所述的方法，其中，包括：所述自稳飞行模式中不关心所述仿生扑翼飞行器的航向角，并设置期望滚转角和俯仰角为零，当获取所述仿生扑翼飞行器的姿态在滚转或俯仰方向上往一侧偏转时，则往另一侧的方向进行调节。4.根据权利要求2所述的方法，其中，包括：所述直线飞行模式通过获取所述仿生扑翼飞行器实时位置的单位切向向量和单位航向向量的点积，根据点积的值确定处于直线飞行模式下的所述仿生扑翼飞行器的偏转方向和期望航向偏转量；其中，点积为正值时，偏转方向为右；点积为负值时，偏转方向为左；期望航向偏转量通过点积的绝对值确定。5.根据权利要求2所述的方法，其中，包括：所述绕圆飞行模式通过获取所述仿生扑翼飞行器实时位置的单位径向向量和单位航向向量的点积，根据点积的值确定处于绕圆飞行模式下的所述仿生扑翼飞行器的偏转方向和期望航向偏转量；所述绕圆飞行模式的期望航向偏转量通过所述点积的绝对值确定，所述绕圆飞行模式
的控制方式包括以下情况的至少一种：点积为正值时，偏转方向为右；点积为负值时，偏转方向为左。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，包括：通过调整滚转角来调整所述仿生扑翼飞行器的航向，以及，根据期望航向偏转量得到所述仿生扑翼飞行器的期望滚转角，通过期望翻滚角确定所述仿生扑翼飞行器的俯仰角，其中俯仰角扑翼飞行器转弯时需要通过调整俯仰角来维持飞行高度，可根据期望滚转角得到期望俯仰角。7.根据权利要求6所述的方法，其中，包括：采用PID控制方法来对扑翼飞行器进行位姿控制，包括对径向位置采用PD控制，对滚转角采用PI控制，对俯仰角采用PD控制；所述PD控制通过对径向位置采用比例
‑
微分控制，所述PD控制的公式为：u
r
(k)＝K
Pr
e
r
(k)+K
Dr
[e
r
(k)
‑
e
r
(k
‑
1)]其中u
r
(k)为径向位置的比例控制，e
r
(k)为径向位置的微分控制，K
Pr
为径向位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文福，刘军涛，王松，辛梓百，袁晗，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：