【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能无人机飞行控制领域，具体地说，涉及一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法。
技术介绍
1、目前，为满足高空长航时巡航飞行要求、提高载荷能力，太阳能无人机通常采用大展弦比构型。满足临近空间飞行要求的典型太阳能无人机翼展达到40米以上，其中美国的“helios”无人机的翼展达到75.3米；同时太阳能无人机结构强度弱，空中飞行阶段机翼变形大，导致舵面的操纵效率下降明显，尤其是副翼受机翼变形影响很大，甚至可能导致操纵效率反号；另外，太阳能无人机具有能量弱平衡，飞行速度相对于常规刚体飞机差一个数量级以上，巡航动压在100pa的量级。
2、太阳能无人机飞行速度低，在近地面空速大约10m/s，且普遍采用超大翼展，因此无人机在转弯过程中两边翼尖速度差与飞行速度的比值很大，对飞行性能影响明显。同时该无人机结构强度弱导致舵面操纵效率大幅下降，一般常规布局飞机横航向控制结构难以实现控制，因此需要在控制模态设计、反馈变量选择等方面采取措施。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有无人机横航向控制结构难以实现稳定控制的问题，提出一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法；该方法首先分析大展弦比太阳能无人机横航向特性，确定横航向执行机构的控制效率和交叉耦合影响；其次根据分析结果，确定横航向操纵结构的操纵方式和控制律控制方式；然后根据航向角偏差设定横航向控制模态，设置横航向控制器结构；最后根据偏航角速率指令的幅值和相位稳定裕度，调节执行机构通道的控制参数，完成横航向控制，解决了大展弦比
2、本专利技术具体实现内容如下：
3、一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，首先分析大展弦比太阳能无人机横航向特性，确定横航向执行机构的控制效率和交叉耦合影响，得到横航向特性分析结果；其次根据所述横航向分析结果，确定横航向操纵结构的操纵方式和控制律控制方式；然后根据航向角偏差设定横航向控制模态，设置横航向控制器结构；最后根据偏航角速率指令的幅值和相位稳定裕度，调节执行机构通道的控制参数，完成横航向控制。
4、为了更好地实现本专利技术，进一步地，具体包括以下步骤：
5、步骤s1：分析大展弦比太阳能无人机横航向特性，确定横航向执行机构的控制效率和交叉耦合影响，得到横航向特性分析结果；所述执行机构包括副翼操纵舵面和方向舵操纵舵面；
6、步骤s2：根据所述横航向分析结果，确定横航向操纵结构的操纵方式和控制律控制方式；所述操纵方式为以方向舵为主、副翼协调的操纵方式；所述控制律控制方式为比例微分控制方式；
7、步骤s3：根据航向角偏差计算滚转角指令，根据所述滚转角指令设定横航向控制模态，通过方向舵操纵产生的航向力矩改变无人机机头指向，并采用角速率反馈信号分别向方向舵通道和副翼通道同时反馈的方式设置横航向控制器结构；
8、步骤s4：根据偏航角速率指令的幅值和相位稳定裕度，调节副翼通道和方向舵通道的控制参数，完成横航向控制。
9、为了更好地实现本专利技术，进一步地，步骤s3中所述根据航向角偏差计算滚转角控制指令的具体操作为：
10、
11、其中：φc为滚转角控制指令，rc为偏航角速率控制指令，va为真空速，g为重力加速度。
12、为了更好地实现本专利技术，进一步地，根据所述滚转角指令设定横航向控制模态的具体操作为：航向保持回路以偏航角速率控制为内回路，根据航向角偏差计算偏航角速率控制指令；航线跟踪回路以偏航角速率控制为内回路，根据航线偏差计算偏航角速率控制指令。
13、为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述根据航向角偏差计算偏航角速率控制指令的具体操作为：
14、rc＝kψ(ψ-ψc)
15、其中，rc为偏航角速率控制指令，ψ为航向角，ψc为航向角指令。
16、为了更好地实现本专利技术，进一步地，根据航线偏差计算偏航角速率控制指令的具体操作为：
17、rc＝kψ(ψ-ψc')+kydy
18、其中，rc为偏航角速率控制指令，ψ为航向角，ψc'为航线的航向角指令，dy为无人机当前位置与航线的距离。
19、为了更好地实现本专利技术，进一步地，步骤s3中所述采用角速率反馈信号分别向方向舵通道和副翼通道同时反馈的方式设置横航向控制器结构的具体操作为：
20、
21、
22、其中：δa为副翼指令，δr为方向舵指令，φ为滚转角，φc为滚转角指令、r为偏航角速率、rc为偏航角速率指令，p为滚转角速率，为偏航角速率到副翼通道的比例系数，为滚转角速率到方向舵通道的比例系数。
23、为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述大展弦比太阳能无人机横航向特性包括偏航角速率阻尼特性、滚转角速率阻尼特性、偏航角速率交叉耦合特性和滚转角速率交叉耦合特性。
24、本专利技术具有以下有益效果：
25、(1)本专利技术基于大展弦比太阳能无人机的横航向基本特性进行分析，物理意义明晰、结构简单，解决了大展弦比太阳能无人机横航向耦合严重、机翼变形大舵效下降严重甚至反效的问题，在满足横航向基本控制需求的同时，提高了控制器结构的鲁棒性。
26、(2)本专利技术设置的控制模态外环可以给定设定的偏航角速率控制无人机连续转弯；起降等阶段可以给定滚转角为0保持机翼水平；外环还可以给定航向角指令控制无人机按照特定航向飞行；也可以根据无人机与当前航线的航向角误差和航线距离偏差计算偏航角速率指令，实现对特性航线的跟踪。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，首先分析大展弦比太阳能无人机横航向特性，确定横航向执行机构的控制效率和交叉耦合影响，得到横航向特性分析结果；其次根据所述横航向分析结果，确定横航向操纵结构的操纵方式和控制律控制方式；然后根据航向角偏差设定横航向控制模态，设置横航向控制器结构；最后根据控制器的幅值裕度和相位裕度，调节执行机构通道的控制参数，完成横航向控制。
2.根据权利要求1所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，步骤S3中所述根据航向角偏差计算滚转角控制指令的具体操作为：
4.根据权利要求2所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，根据所述滚转角指令设定横航向控制模态的具体操作为：航向保持回路以偏航角速率控制为内回路，根据航向角偏差计算偏航角速率控制指令；航线跟踪回路以偏航角速率控制为内回路，根据航线偏差计算偏航角速率控制指令。
5.根据权利要求4所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向
6.根据权利要求4所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，根据航线偏差计算偏航角速率控制指令的具体操作为：
7.根据权利要求3所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，步骤S3中所述采用角速率反馈信号分别向方向舵通道和副翼通道同时反馈的方式设置横航向控制器结构的具体操作为：
8.根据权利要求2所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，所述大展弦比太阳能无人机横航向特性包括偏航角速率阻尼特性、滚转角速率阻尼特性、偏航角速率交叉耦合特性和滚转角速率交叉耦合特性。
...【技术特征摘要】
1.一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，首先分析大展弦比太阳能无人机横航向特性，确定横航向执行机构的控制效率和交叉耦合影响，得到横航向特性分析结果；其次根据所述横航向分析结果，确定横航向操纵结构的操纵方式和控制律控制方式；然后根据航向角偏差设定横航向控制模态，设置横航向控制器结构；最后根据控制器的幅值裕度和相位裕度，调节执行机构通道的控制参数，完成横航向控制。
2.根据权利要求1所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，步骤s3中所述根据航向角偏差计算滚转角控制指令的具体操作为：
4.根据权利要求2所述的一种大展弦比太阳能无人机横航向控制方法，其特征在于，根据所述滚转角指令设定横航向控制模态的具体操作为：航向保持回路以偏航角速率控制为内回...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵东宏，张瞿辉，章进东，王鹏，赵创新，蒋燕，杨述星，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。