一种航空器的控制制导方法、设备及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术公开了一种航空器的控制制导方法、设备及计算机可读存储介质，其中，该方法包括：将三维速度目标、三维速度前馈指令以及三维速度观测数据输入至航空器的速度控制器，计算得到水平加速度目标和垂直加速度目标；将所述水平姿态目标、所述角度观测数据、偏航角目标以及角速度观测数据输入至所述航空器的姿态控制器，计算得到三轴转速差，以及将所述平均转速和所述三轴转速差输入至所述航空器的动力分配模块，计算得到所述航空器的各电机的转速指令。本发明专利技术实现了一种自动化的航空器控制制导方案，有效地实现了航空器的稳定飞行及制导指令执行，极大地提升了航空器飞行控制的准确性、稳定性以及安全性。稳定性以及安全性。稳定性以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种航空器的控制制导方法、设备及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及无人驾驶航空器
，尤其涉及一种航空器的控制制导方法、设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]现有技术中，随着公共航空运输事业的飞速发展，乘坐飞机实现快捷舒适的旅行已经成为人们日常生活中一种极其普通的交通方式。而相较于传统的有人驾驶航空器，无人驾驶航空器可实现更安全、环保、智能的低空中短途载人交通。
[0003]目前，无人驾驶航空器在导航时，需提供实时观测信息，例如三维角度信息、三维角速度信息、三维位置信息、三维速度信息以及三维加速度信息等。
[0004]如何有效地根据上述实时观测信息执行航空器的姿态、速度控制，实现无人驾驶航空器的稳定飞行及跟踪制导，成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本专利技术提出了一种航空器的控制制导方法，该方法包括：
[0006]将三维速度目标、三维速度前馈指令以及三维速度观测数据输入至航空器的速度控制器，计算得到水平加速度目标和垂直加速度目标，其中，所述三维速度目标由所述航空器的位置控制器根据接收到的三维位置指令和三维位置观测数据计算得到；
[0007]将所述水平加速度目标、水平加速度观测数据输入至所述航空器的水平加速度控制器，计算得到水平姿态目标，以及将所述垂直加速度目标、垂直加速度观测数据以及角度观测数据输入至所述航空器的垂直加速度控制器，计算得到平均转速；
[0008]将所述水平姿态目标、所述角度观测数据、偏航角目标以及角速度观测数据输入至所述航空器的姿态控制器，计算得到三轴转速差，以及将所述平均转速和所述三轴转速差输入至所述航空器的动力分配模块，计算得到所述航空器的各电机的转速指令。
[0009]可选地，所述将三维速度目标、三维速度前馈指令以及三维速度观测数据输入至航空器的速度控制器，计算得到水平加速度目标和垂直加速度目标，之前包括：
[0010]将所述航空器的位置运动解耦为水平通道和垂直通道；
[0011]将所述航空器的旋转运动解耦为横滚通道、俯仰通道以及偏航通道。
[0012]可选地，所述将所述航空器的位置运动解耦为水平通道和垂直通道，包括：
[0013]将所述航空器的高度、垂直速度以及角度作为所述垂直通道的观测反馈，并输出所述航空器的各个螺旋桨的所述平均转速；
[0014]通过控制所述平均转速对应的整体拉力在竖直方向的分力执行所述航空器在竖直方向上的运动控制。
[0015]可选地，所述将所述航空器的位置运动解耦为水平通道和垂直通道，包括：
[0016]将所述航空器的位置和水平速度作为所述水平通道的观测反馈，输出所述航空器
的目标姿态角，并由所述姿态控制器通过调整所述航空器的各个螺旋桨的转速差执行所述航空器的姿态控制；
[0017]在整体升力于垂直方向与所述航空器所受的重力动态相等时，将对所述航空器的水平加速度控制作为所述水平通道的控制。
[0018]可选地，所述将所述航空器的旋转运动解耦为横滚通道、俯仰通道以及偏航通道，包括：
[0019]通过控制所述航空器的旋转运动轴上的两个螺旋桨的转速，形成预设的转速差；
[0020]通过所述转速差生成旋转力矩，并将对所述旋转力矩的控制作为所述横滚通道和所述俯仰通道的控制。
[0021]可选地，所述将所述航空器的旋转运动解耦为横滚通道、俯仰通道以及偏航通道，包括：
[0022]通过控制所述航空器的多个螺旋桨的转向和转速，形成预设的反扭距；
[0023]通过所述反扭距生成所述航空器的偏航轴的扭矩差，并将对所述扭矩差的控制作为所述偏航通道的控制。
[0024]可选地，所述方法还包括：
[0025]在执行直线式航线制导时，根据所述航空器的当前位置、目标点位置以及所述三维速度目标计算得到单位时间速度向量；
[0026]所述三维位置指令初始化为所述航空器的当前三维位置，根据所述当前三维位置以及所述单位时间速度向量以离散积分形式更新位置目标指令，直至所述位置目标指令的指令位置为所述目标点位置。
[0027]可选地，所述方法还包括：
[0028]在执行曲线式航线制导时，根据两个以上有序排列的飞行任务目标点的三维位置信息和所述三维速度目标，按序进行两点三次插值形成曲线；
[0029]根据所述曲线更新、并跟踪所述三维位置目标指令，执行曲线式飞行。
[0030]可选地，所述方法还包括：
[0031]在执行速度式微控制导时，接收外部的速度调整指令；
[0032]根据所述速度调整指令、垂直运动过程参数和水平运动过程参数的限制约束，规划所述三维速度前馈指令和所述三维位置指令。
[0033]本专利技术还提出了一种航空器的控制制导设备，该设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的航空器的控制制导方法的步骤。
[0034]本专利技术还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有航空器的控制制导程序，航空器的控制制导程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的航空器的控制制导方法的步骤。
[0035]实施本专利技术的航空器的控制制导方法、设备及计算机可读存储介质，通过将三维速度目标、三维速度前馈指令以及三维速度观测数据输入至航空器的速度控制器，计算得到水平加速度目标和垂直加速度目标，其中，所述三维速度目标由所述航空器的位置控制器根据接收到的三维位置指令和三维位置观测数据计算得到；将所述水平加速度目标、水平加速度观测数据输入至所述航空器的水平加速度控制器，计算得到水平姿态目标，以及
将所述垂直加速度目标、垂直加速度观测数据以及角度观测数据输入至所述航空器的垂直加速度控制器，计算得到平均转速；将所述水平姿态目标、所述角度观测数据、偏航角目标以及角速度观测数据输入至所述航空器的姿态控制器，计算得到三轴转速差，以及将所述平均转速和所述三轴转速差输入至所述航空器的动力分配模块，计算得到所述航空器的各电机的转速指令。本专利技术实现了一种自动化的航空器控制制导方案，有效地实现了航空器的稳定飞行及制导指令执行，极大地提升了航空器飞行控制的准确性、稳定性以及安全性。
附图说明
[0036]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0037]图1是本专利技术航空器的控制制导方法第一实施例的流程图；
[0038]图2是本专利技术航空器的控制制导方法第二实施例的第一流程图；
[0039]图3是本专利技术航空器的控制制导方法第二实施例的第二流程图；
[0040]图4是本专利技术航空器的控制制导方法第二实施例的第三流程图；
[0041]图5是本专利技术航空器的控制制导方法第二实施例的第四流程图；
[0042]图6是本专利技术航空器的控制制导方法第二实施例的第五流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空器的控制制导方法，其特征在于，所述方法包括：将三维速度目标、三维速度前馈指令以及三维速度观测数据输入至航空器的速度控制器，计算得到水平加速度目标和垂直加速度目标，其中，所述三维速度目标由所述航空器的位置控制器根据接收到的三维位置指令和三维位置观测数据计算得到；将所述水平加速度目标、水平加速度观测数据输入至所述航空器的水平加速度控制器，计算得到水平姿态目标，以及将所述垂直加速度目标、垂直加速度观测数据以及角度观测数据输入至所述航空器的垂直加速度控制器，计算得到平均转速；将所述水平姿态目标、所述角度观测数据、偏航角目标以及角速度观测数据输入至所述航空器的姿态控制器，计算得到三轴转速差，以及将所述平均转速和所述三轴转速差输入至所述航空器的动力分配模块，计算得到所述航空器的各电机的转速指令。2.根据权利要求1所述的航空器的控制制导方法，其特征在于，所述将三维速度目标、三维速度前馈指令以及三维速度观测数据输入至航空器的速度控制器，计算得到水平加速度目标和垂直加速度目标，之前包括：将所述航空器的位置运动解耦为水平通道和垂直通道；将所述航空器的旋转运动解耦为横滚通道、俯仰通道以及偏航通道。3.根据权利要求2所述的航空器的控制制导方法，其特征在于，所述将所述航空器的位置运动解耦为水平通道和垂直通道，包括：将所述航空器的高度、垂直速度以及角度作为所述垂直通道的观测反馈，并输出所述航空器的各个螺旋桨的所述平均转速；通过控制所述平均转速对应的整体拉力在竖直方向的分力执行所述航空器在竖直方向上的运动控制。4.根据权利要求2所述的航空器的控制制导方法，其特征在于，所述将所述航空器的位置运动解耦为水平通道和垂直通道，包括：将所述航空器的位置和水平速度作为所述水平通道的观测反馈，输出所述航空器的目标姿态角，并由所述姿态控制器通过调整所述航空器的各个螺旋桨的转速差执行所述航空器的姿态控制；在整体升力于垂直方向与所述航空器所受的重力动态相等时，将对所述航空器的水平加速度控制作为所述水平通道的控制。5.根据权利要求2所述的航空器的控制制导方法，其特征在于，所述将所述航空器的旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡华智，刘勇，胡海生，卢兴捷，
申请(专利权)人：亿航智能设备广州有限公司，
类型：发明
国别省市：