一种平流层飞艇一体化自动化控制方法、系统及电子设备技术方案

本发明专利技术公开了一种平流层飞艇一体化自动化控制方法、系统及电子设备，涉及无人飞艇自动化控制技术领域，该方法主要包括根据位置信息和平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径；根据平流层飞艇的当前位置和飞行路径，采用改进的矢量场制导律，确定平流层飞艇的期望航向角；根据平流层飞艇的当前信息、期望信息以及期望航向角，结合事件触发函数和自适应跟踪控制器，对飞行路径进行跟踪。本发明专利技术能够在平流层风场分布不均匀条件下，实现平流层飞艇大范围区域内的最优化飞行控制，实现平流层飞艇对不规则曲线路径的跟踪。踪。踪。

【技术实现步骤摘要】
一种平流层飞艇一体化自动化控制方法、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及无人飞艇自动化控制
，特别是涉及一种平流层飞艇一体化自动化控制方法、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]无人飞艇是一种轻于空气的航空器，它与气球最大的区别在于具有推进和控制飞行的装置。其中，平流层飞艇是无人飞艇的一种，具有多个应用前景，分别为1）通信终端；一个平流层飞艇在20千米定点高度时，它的地面有效覆盖面积可达数万平方公里，可以为广大区域提供高速通信服务；2）区域监视；平流层飞艇具有航空器近地飞行与同步轨道卫星定点监视的优点，可以对指定大范围区域内进行定点高分辨率监视；3）气象观测；平流层飞艇飞行高度位于云层之上，可以用来观测台风等极限气象现象。
[0003]目前绝大多数平流层飞艇的自动飞行控制技术仅仅做到路径跟踪的程度，例如：“一种平流层飞艇解析模型预测路径跟踪控制方法”、“一种基于模型预测控制的平流层飞艇平面路径跟踪控制方法”、“一种基于空间矢量场制导的平流层飞艇路径跟踪控制方法”，需给定路径，通过模型预测方法实现平流层飞艇的路径跟踪控制。尤其需要指出的是，以上方法中给定的路径须是规则的曲线，例如：直线和圆。但是在实际工程应用中，平流层飞艇的路径是在需要躲避禁飞区和强风区后规划的曲线，往往是不规则的曲线。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种集成了飞行路径规划、路径制导和路径跟踪的平流层飞艇一体化自动化控制方法、系统及电子设备，在平流层风场分布不均匀条件下，实现平流层飞艇大范围区域内的最优化飞行控制，实现平流层飞艇对不规则曲线路径的跟踪。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种平流层飞艇一体化自动化控制方法，包括：
[0007]获取位置信息和平流层风场分布信息；所述位置信息包括平流层飞艇的当前位置、目标点位置、禁飞区位置和禁飞区半径；
[0008]根据所述位置信息和所述平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径；所述改进的粒子群算法是在粒子群算法的基础上，增加算法收敛因子调节因子和布谷鸟搜索因子后得到的算法；
[0009]根据平流层飞艇的当前位置和飞行路径，采用改进的矢量场制导律，确定平流层飞艇的期望航向角；所述改进的矢量场制导律是在矢量场制导律的基础上，增加分配因子后得到的制导律；
[0010]获取平流层飞艇的当前信息和期望信息；所述当前信息包括当前姿态角、当前姿态角速度和当前速度；所述期望信息包括期望速度、期望滚转角和期望俯仰角；
[0011]根据平流层飞艇的当前信息、期望信息以及期望航向角，结合事件触发函数和自适应跟踪控制器，对飞行路径进行跟踪；所述事件触发函数为若满足事件触发条件，则对平
流层飞艇控制量进行解算的函数。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种平流层飞艇一体化自动化控制系统，包括：
[0013]第一数据获取模块，用于获取位置信息和平流层风场分布信息；所述位置信息包括平流层飞艇的当前位置、目标点位置、禁飞区位置和禁飞区半径；
[0014]飞行路径确定模块，用于根据所述位置信息和所述平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径；所述改进的粒子群算法是在粒子群算法的基础上，增加算法收敛因子调节因子和布谷鸟搜索因子后得到的算法；
[0015]期望航向角计算模块，用于根据平流层飞艇的当前位置和飞行路径，采用改进的矢量场制导律，确定平流层飞艇的期望航向角；所述改进的矢量场制导律是在矢量场制导律的基础上，增加分配因子后得到的制导律；
[0016]第二数据获取模块，用于获取平流层飞艇的当前信息和期望信息；所述当前信息包括当前姿态角、当前姿态角速度和当前速度；所述期望信息包括期望速度、期望滚转角和期望俯仰角；
[0017]飞行跟踪模块，用于根据平流层飞艇的当前信息、期望信息以及期望航向角，结合事件触发函数和自适应跟踪控制器，对飞行路径进行跟踪；所述事件触发函数为若满足事件触发条件，则对平流层飞艇控制量进行解算的函数。
[0018]第三方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据第一方面所述的平流层飞艇一体化自动化控制方法。
[0019]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0020]本专利技术针对无人飞艇弱动力特点与平流层高度风场分布不均匀特点之间的关系，提供了一种集成了飞行路径规划、路径制导和路径跟踪的平流层飞艇一体化自动化控制方法、系统及电子设备，本专利技术结合了改进粒子群算法，改进矢量场制导方法和自适应事件驱动控制方法，可以在平流层风场分布不均匀条件下，实现平流层飞艇大范围区域内的最优化飞行控制，实现平流层飞艇对不规则曲线路径的跟踪。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例提供的平流层飞艇一体化自动化控制方法的流程示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的平流层飞艇一体化自动化控制方法的结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的平流层飞艇一体化自动化控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0027]实施例一
[0028]如图1和图2所示，本实施例提供的一种平流层飞艇一体化自动化控制方法，包括如下步骤。
[0029]步骤101：获取位置信息和平流层风场分布信息；所述位置信息包括平流层飞艇的当前位置、目标点位置P
t
、禁飞区位置P
f
和禁飞区半径R
f
。
[0030]步骤102：根据所述位置信息和所述平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径；所述改进的粒子群算法是在粒子群算法的基础上，增加算法收敛因子调节因子和布谷鸟搜索因子后得到的算法。
[0031]步骤103：根据平流层飞艇的当前位置和飞行路径，采用改进的矢量场制导律，确定平流层飞艇的期望航向角；所述改进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平流层飞艇一体化自动化控制方法，其特征在于，包括：获取位置信息和平流层风场分布信息；所述位置信息包括平流层飞艇的当前位置、目标点位置、禁飞区位置和禁飞区半径；根据所述位置信息和所述平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径；所述改进的粒子群算法是在粒子群算法的基础上，增加算法收敛因子调节因子和布谷鸟搜索因子后得到的算法；根据平流层飞艇的当前位置和飞行路径，采用改进的矢量场制导律，确定平流层飞艇的期望航向角；所述改进的矢量场制导律是在矢量场制导律的基础上，增加分配因子后得到的制导律；获取平流层飞艇的当前信息和期望信息；所述当前信息包括当前姿态角、当前姿态角速度和当前速度；所述期望信息包括期望速度、期望滚转角和期望俯仰角；根据平流层飞艇的当前信息、期望信息以及期望航向角，结合事件触发函数和自适应跟踪控制器，对飞行路径进行跟踪；所述事件触发函数为若满足事件触发条件，则对平流层飞艇控制量进行解算的函数。2.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇一体化自动化控制方法，其特征在于，在执行步骤根据所述位置信息和所述平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径之前，还包括：确定目标函数以及对应的约束条件集合；所述目标函数为；其中，和均为第i个约束条件的可调节参数，r
i
表示第i个约束条件确定的数值，R表示目标值；所述约束条件集合包括最小距离约束条件、路径点均匀分布约束条件、最少抗风量约束条件、最大抗风约束条件、路径圆滑约束条件、强风区惩罚约束条件和禁飞区惩罚约束条件。3.根据权利要求2所述的一种平流层飞艇一体化自动化控制方法，其特征在于，根据所述位置信息和所述平流层风场分布信息，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径，具体包括：根据所述位置信息、所述平流层风场分布信息、所述目标函数以及所述目标函数对应的约束条件集合，采用改进的粒子群算法，确定一条抗风量最小且不经过禁飞区的平流层飞艇的飞行路径。4.根据权利要求1所述的一种平流层飞艇一体化自动化控制方法，其特征在于，根据平流层飞艇的当前位置和飞行路径，采用改进的矢量场制导律，确定平流层飞艇的期望航向角，具体包括：根据平...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一飞，祝明，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：