双垂尾无人机的偏航校正控制方法技术

本发明专利技术公开了一种双垂尾无人机的偏航校正控制方法

【技术实现步骤摘要】
双垂尾无人机的偏航校正控制方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术属于飞行器动力学
，具体涉及一种双垂尾无人机的偏航校正控制方法
、
装置及存储介质
。

技术介绍

[0002]为保持无人机水平定高稳定飞行状态，需要协同控制无人机副翼
、
升降舵和方向舵进行补偿
。
固定翼无人机在转弯过程中，需作动副翼产生滚转姿态进行水平转弯，该过程会由于重力作用产生偏航转率，同时滚转耦合作用也会影响无人机侧滑
。
[0003]目前，大部分带有垂尾结构的无人机的偏航通道是依靠垂尾进行自稳定，其偏航收敛速度较慢，影响无人机飞行控制精度，导致无人机偏航控制力较差
。
[0004]因此，如何提供一种有效的方案以提高无人机的偏航控制能力，已成为现有技术中一亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种双垂尾无人机的偏航校正控制方法
、
装置及存储介质，用以解决现有技术中存在的上述问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种双垂尾无人机的偏航校正控制方法，包括：基于所述双垂尾无人机的速度
、
所述双垂尾无人机的滚转角和所述双垂尾无人机的俯仰角，确定出所述双垂尾无人机的期望偏航角速度；基于所述双垂尾无人机的期望偏航角速度
、
所述双垂尾无人机的期望滚转角速度和所述双垂尾无人机的期望俯仰角速度，确定出所述双垂尾无人机的期望三轴角速度，其中所述双垂尾无人机的期望滚转角速度和所述双垂尾无人机的期望俯仰角速度是由所述双垂尾无人机的导航和制导系统确定出的，所述双垂尾无人机的期望三轴角速度包括
x
轴方向的期望角速度
、y
轴方向的期望角速度和
z
轴方向的期望角速度；将
x
轴方向的期望角速度和
y
轴方向的期望角速度作为前馈控制的输入，
x
轴方向的实际角速度和
y
轴方向的实际角速度作为前馈信号，计算出所述双垂尾无人机的副翼舵偏和升降舵舵偏；将
x
轴方向的期望角速度和
z
轴方向的期望角速度作为前馈控制的输入，
z
轴方向的实际角速度作为前馈信号，计算出所述双垂尾无人机的方向舵舵偏，以便基于所述副翼舵偏
、
所述升降舵舵偏和所述方向舵舵偏对所述双垂尾无人机进行偏航校正控制
。
[0007]基于上述公开的内容，本专利技术基于双垂尾无人机的速度
、
滚转角和俯仰角，确定出双垂尾无人机的期望偏航角速度；基于双垂尾无人机的期望偏航角速度
、
期望滚转角速度和期望俯仰角速度，确定出双垂尾无人机的期望三轴角速度，其中期望滚转角速度和期望俯仰角速度是由航和制导系统确定出的，期望三轴角速度包括
x
轴方向的期望角速度
、y
轴方向的期望角速度和
z
轴方向的期望角速度；将
x
轴方向的期望角速度和
y
轴方向的期望角
速度作为前馈控制的输入，
x
轴方向的实际角速度和
y
轴方向的实际角速度作为前馈信号，通过无人机动力学方程计算出副翼舵偏和升降舵舵偏；将
x
轴方向的期望角速度和
z
轴方向的期望角速度作为前馈控制的输入，
z
轴方向的实际角速度作为前馈信号，通过无人机动力学方程计算出方向舵舵偏，以便基于副翼舵偏
、
升降舵舵偏和方向舵舵偏对双垂尾无人机进行偏航校正控制
。
如此，在双垂尾无人机转弯过程中，可使偏航角整体变化平稳，偏航角速度与滚转角趋势保持一致，有效克服了滚转转弯对偏航通道的影响，避免无人机产生侧滑，确保无人机航向的稳定性
。
[0008]通过上述的设计，本专利技术可在双垂尾无人机转弯过程中，可使偏航角整体变化平稳，偏航角速度与滚转角趋势保持一致，有效克服了滚转转弯对偏航通道的影响，避免无人机产生侧滑，确保无人机航向的稳定性，便于实际应用和推广
。
[0009]在一个可能的设计中，所述双垂尾无人机的期望偏航角速度为：，其中，表示所述双垂尾无人机的期望偏航角速度，
V
表示所述双垂尾无人机的速度，
g
表示重力加速度，表示所述双垂尾无人机的滚转角，
θ
表示所述双垂尾无人机的俯仰角
。
[0010]在一个可能的设计中，所述双垂尾无人机的期望三轴角速度为：，其中，表示所述双垂尾无人机的期望三轴角速度，表示
x
轴方向的期望角速度，表示
y
轴方向的期望角速度，表示
z
轴方向的期望角速度，表示所述双垂尾无人机的期望滚转角速度，表示所述双垂尾无人机的期望偏航角速度，表示所述双垂尾无人机的期望俯仰角速度，表示所述双垂尾无人机的滚转角，
θ
表示所述双垂尾无人机的俯仰角
。
[0011]在一个可能的设计中，所述方法还包括：基于所述副翼舵偏
、
所述升降舵舵偏和所述方向舵舵偏，通过无人机动力学方程计算出所述双垂尾无人机在
x
轴方向的实际角速度
、y
轴方向的实际角速度和
z
轴方向的实际角速度，以便基于所述双垂尾无人机在
x
轴方向的实际角速度
、y
轴方向的实际角速度和
z
轴方向的实际角速度，对所述双垂尾无人机的副翼舵偏
、
升降舵舵偏和方向舵舵偏进行前馈控制；所述无人机动力学方程为，其中，
m
表示所述双垂尾无人机的质量，
V
表示所述双垂尾无人机的速度，表示所述双垂尾无人机的速度矢量在机体坐标系中的投影，表示所述双垂尾无人机的角速度矢
量在机体坐标系中的投影，
T
表示所述双垂尾无人机的推力，表示所述双垂尾无人机的轴向力，表示所述双垂尾无人机的攻角，表示所述双垂尾无人机的侧滑角，表示所述双垂尾无人机的侧向力对其侧滑角的导数，表示所述双垂尾无人机的法向力对其攻角的导数，表示惯性坐标系至机体坐标系
321
转序下的坐标变换矩阵，
g
表示重力加速度，
、
和分别表示所述双垂尾无人机三轴转动惯量，
、
和分别表示所述双垂尾无人机三轴阻尼力矩导数，和依次表示所述双垂尾无人机纵向稳定力矩导数和横向稳定力矩导数，
、
和分别表示所述双垂尾无人机的三轴控制力矩导数，
、
和依次表示所述双垂尾无人机的副翼舵偏
、
升降舵舵偏和方向舵偏
。
[0012]在一个可能的设计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双垂尾无人机的偏航校正控制方法，其特征在于，包括：基于所述双垂尾无人机的速度
、
所述双垂尾无人机的滚转角和所述双垂尾无人机的俯仰角，确定出所述双垂尾无人机的期望偏航角速度；基于所述双垂尾无人机的期望偏航角速度
、
所述双垂尾无人机的期望滚转角速度和所述双垂尾无人机的期望俯仰角速度，确定出所述双垂尾无人机的期望三轴角速度，其中所述双垂尾无人机的期望滚转角速度和所述双垂尾无人机的期望俯仰角速度是由所述双垂尾无人机的导航和制导系统确定出的，所述双垂尾无人机的期望三轴角速度包括
x
轴方向的期望角速度
、y
轴方向的期望角速度和
z
轴方向的期望角速度；将
x
轴方向的期望角速度和
y
轴方向的期望角速度作为前馈控制的输入，
x
轴方向的实际角速度和
y
轴方向的实际角速度作为前馈信号，计算出所述双垂尾无人机的副翼舵偏和升降舵舵偏；将
x
轴方向的期望角速度和
z
轴方向的期望角速度作为前馈控制的输入，
z
轴方向的实际角速度作为前馈信号，计算出所述双垂尾无人机的方向舵舵偏，以便基于所述副翼舵偏
、
所述升降舵舵偏和所述方向舵舵偏对所述双垂尾无人机进行偏航校正控制
。2.
根据权利要求1所述的双垂尾无人机的偏航校正控制方法，其特征在于，所述双垂尾无人机的期望偏航角速度为：，其中，表示所述双垂尾无人机的期望偏航角速度，
V
表示所述双垂尾无人机的速度，
g
表示重力加速度，表示所述双垂尾无人机的滚转角，
θ
表示所述双垂尾无人机的俯仰角
。3.
根据权利要求1所述的双垂尾无人机的偏航校正控制方法，其特征在于，所述双垂尾无人机的期望三轴角速度为：，其中，表示所述双垂尾无人机的期望三轴角速度，表示
x
轴方向的期望角速度，表示
y
轴方向的期望角速度，表示
z
轴方向的期望角速度，表示所述双垂尾无人机的期望滚转角速度，表示所述双垂尾无人机的期望偏航角速度，表示所述双垂尾无人机的期望俯仰角速度，表示所述双垂尾无人机的滚转角，
θ
表示所述双垂尾无人机的俯仰角
。4.
根据权利要求3所述的双垂尾无人机的偏航校正控制方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述副翼舵偏
、
所述升降舵舵偏和所述方向舵舵偏，通过无人机动力学方程计算出所述双垂尾无人机在
x
轴方向的实际角速度
、y
轴方向的实际角速度和
z
轴方向的实际角速度，以便基于所述双垂尾无人机在
x
轴方向的实际角速度
、y
轴方向的实际角速度和
z
轴方向的实际角速度，对所述双垂尾无人机的副翼舵偏
、
升降舵舵偏和方向舵舵偏进行前馈控制；
所述无人机动力学方程为，其中，
m
表示所述双垂尾无人机的质量，
V
表示所述双垂尾无人机的速度，表示所述双垂尾无人机的速度矢量在机体坐标系中的投影，表示所述双垂尾无人机的角速度矢量在机体坐标系中的投影，
T
表示所述双垂尾无人机的推力，表示所述双垂尾无人机的轴向力，表示所述双垂尾无人机的攻角，表示所述双垂尾无人机的侧滑角...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，章双全，马衍青，郑铁宁，
申请(专利权)人：辰极智航北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：