【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空飞行控制，具体是指一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法。
技术介绍
1、无人机下滑着陆阶段是无人机飞行过程中的事故频发段。目前，无人机在着陆阶段大多控制飞机升降速度和速度让飞机以合适的升降速度、姿态、攻角接地，保障飞机安全。高度表可直接测量飞机相对跑道的高度和升降速度，但其测量值受跑道起伏影响较大，测量数据波动较大，一般不直接采用该测量数据用于控制律计算。差分着陆是目前轮式起降无人机广泛采用的着陆方式，它事先在跑道上标定一个着陆基准点，认为跑道是以该基准点高度相同的一个平面。在着陆阶段，根据飞机当前差分高度计算相对着陆基准点的相对高度，用于着陆末端纵向控制模态切换为升降速度控制的标志，传感器测量的差分升降速度则直接用于纵向升降速度的控制中，将着陆时刻差分升降速度控制在一个合适的范围，所述的合适的范围需要满足起落架强度的要求，同时避免飞机发生弹跳。然而，实际机场跑道难免会存在一定的坡度起伏，实际接地点高度与理想接地点高度存在偏差。当着陆基准点选取的不合适时，会导致飞机比设计状态提前蹭地，当升降速度目标选取不合适时，会导致飞机相对跑道无下降速度，导致飞机迟迟接不了地，影响飞行安全。因此，在着陆阶段，考虑跑道坡度，控制相对跑道的升降速度是必要的。目前还未见有关于考虑机场跑道模型的着陆控制方法研究的相关报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种实用性强，操作简单，适用一类轮式起降无人机的考虑机场跑道模型的着陆控制方法
2、本专利技术通过下述技术方案实
3、(1)定义着陆相对坐标系与跑道特征点，构建跑道在着陆相对坐标系下跑道倾角的数据库；
4、(2)在着陆过程中，以构建的跑道倾角的数据库为基础，根据飞机当前在着陆相对坐标系中的水平位置，计算当前飞机所处跑道处的倾角和跑道高度；
5、(3)根据当前飞机所处跑道处的倾角和跑道高度，计算飞机与跑道的相对高度及相对升降速度；
6、(4)将计算得到的相对高度作为纵向控制模态切换升降速度控制模态的阈值，将计算得到的相对升降速度代入升降速度控制器中，实现相对跑道升降速度的精确控制。
7、本技术方案的原理为为了实现轮式起降无人机在有坡度机场跑道上的安全着陆，本专利技术提供了一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法。该方法事先定义着陆相对坐标系，标定跑道特征点，并计算出跑道在着陆相对坐标系下跑道倾角的数据库；在着陆过程中，以该数据库为基础，根据飞机当前在着陆相对坐标系中的水平位置，给出一种计算飞机与跑道的相对高度及相对升降速度的方法；将计算得到的相对高度作为纵向控制模态切换的标志，将计算得到的相对升降速度代入升降速度控制器中，实现着陆过程相对跑道升降速度的精确控制，保证着陆的安全性。
8、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述步骤(1)中对着陆相对坐标系的定义为：原点定义为跑道上的任意一点，以着陆机场方向为x轴方向、以相对于x轴方向逆时针旋转90°的方向为y轴方向。
9、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述步骤(1)中所述跑道特征点为在着陆相对坐标系中标定能表征跑道坡度起伏的特征点，第n点在着陆相对坐标系中的位置为(xn，hn)。
10、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，根据跑道特征点计算跑道的坡度特性，定义两个相邻特征点组成的跑道段与着陆相对坐标系x轴的夹角为该跑道段的倾角，规定该跑道段在着陆相对坐标系x轴上方时为正，下方为负；该跑道组成的n-1段跑道段的倾角为：
11、
12、其中，γn-1为第n-1点到第n点构成的跑道段的倾角。
13、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述步骤(2)中，在着陆过程中，以跑道倾角的数据库为基础，根据飞机当前在着陆相对坐标系中的水平位置x，计算当前飞机所处跑道处的倾角和跑道高度，具体如下：
14、
15、γ为飞机所处跑道处的倾角，hr为飞机所处跑道处高度。
16、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述步骤(3)中，计算飞机与跑道的相对高度及相对升降速度，具体如下：
17、hrw＝h-hr
18、
19、其中，hrw为当前飞机相对跑道的高度，为飞机相对跑道的升降速度，为飞机当前绝对升降速度，h为飞机当前地理高度，ve为飞机当前的水平地速，以上数据均可由飞机上的传感器测得。
20、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，纵向控制模态切换升降速度控制模态的阈值为h0，10m≤h0≤25m，即着陆过程中，飞机在相对跑道高度不大于h0时，从纵向控制模态切换为升降速度控制模态。
21、为了更好地实现本专利技术的方法，进一步地，所述步骤(4)中，升降速度控制器的控制率具体为：
22、δe＝k1q+k2(θ-θg)
23、
24、其中，q飞机当前的俯仰角速率，θ为飞机当前的俯仰角，θg为俯仰角指令，为升降速度指令，k1为俯仰角速率阻尼增益，k2为俯仰角比例系数，k3为升降速度比例增益，k4为升降速率积分增益，为飞机相对跑道的升降速度，δe为升降舵指令，t为时间。
25、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
26、(1)本专利技术考虑真实机场跑道的坡度特性，建立机场跑道模型，提供了计算飞机与跑道的相对高度及相对升降速度的方法，实现相对机场跑道的升降速度的精确控制，保障飞机的着陆安全；
27、(2)本专利技术提供的方法实用性强，操作简单，适用于一类轮式起降无人机，且无需改动现有机载控制器架构，对控制软件的调整改动较少，普适显著，适宜广泛推广应用。
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1.一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中对着陆相对坐标系的定义为：原点定义为跑道上的任意一点，以着陆机场方向为X轴方向、以相对于X轴方向逆时针旋转90°的方向为Y轴方向。
3.根据权利要求2所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述跑道特征点为在着陆相对坐标系中标定能表征跑道坡度起伏的特征点，第n点在着陆相对坐标系中的位置为(Xn，Hn)。
4.根据权利要求3所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，根据跑道特征点计算跑道的坡度特性，定义两个相邻特征点组成的跑道段与着陆相对坐标系X轴的夹角为该跑道段的倾角，规定该跑道段在着陆相对坐标系X轴上方时为正，下方为负；该跑道组成的n-1段跑道段的倾角为：
5.根据权利要求4所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在着陆过程中，以跑道倾角的数据库为基础，根据飞机当前在着陆相对坐标系中的水平位置X，计算当前
6.根据权利要求5所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算飞机与跑道的相对高度及相对升降速度，具体如下：
7.根据权利要求6所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，纵向控制模态切换升降速度控制模态的阈值为H0，10m≤H0≤25m，即着陆过程中，飞机在相对跑道高度不大于H0时，从纵向控制模态切换为升降速度控制模态。
8.根据权利要求7所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，升降速度控制器的控制率具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中对着陆相对坐标系的定义为：原点定义为跑道上的任意一点，以着陆机场方向为x轴方向、以相对于x轴方向逆时针旋转90°的方向为y轴方向。
3.根据权利要求2所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述跑道特征点为在着陆相对坐标系中标定能表征跑道坡度起伏的特征点，第n点在着陆相对坐标系中的位置为(xn，hn)。
4.根据权利要求3所述的一种考虑机场跑道模型的着陆控制方法，其特征在于，根据跑道特征点计算跑道的坡度特性，定义两个相邻特征点组成的跑道段与着陆相对坐标系x轴的夹角为该跑道段的倾角，规定该跑道段在着陆相对坐标系x轴上方时为正，下方为负；该跑道组成的n-1段跑道段的...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔庆梁，刘宇佳，余长贵，牟鹏，金波，杨祈超，王燕，金禹彤，
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：
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