一种无人飞行器飞行控制方法、系统及无人飞行器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114115352A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111500390.5(22)申请日2021.12.09(71)申请人北京机电工程研究所地址100074北京市丰台区云岗北里40号(72)发明人刘雷饶京宏(74)专利代理机构北京天达知识产权代理事务所(普通合伙)11386代理人李明里(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种无人飞行器飞行控制方法、系统及无人飞行器(57)摘要本发明涉及一种无人飞行器飞行控制方法、系统及无人飞行器，方法包括将无人飞行器的飞行轨迹分为初始发射段、中途飞行段和末段执行段；在初始发射段，控制无人飞行器按照预定角度爬升，在爬升到设定高度后，进入中途飞行段；在中途飞行段，根据装订的关键节点数据，对无人飞行器进行纵向控制、侧向控制和速度控制，使无人飞行器按照设定的航迹进行飞行，直至到末段执行段；在末段执行段，按照比例导引法控制无人飞行器抵近目标完成任务。本发明实现了对无人飞行器飞行全过程的飞行控制，在飞行的每个阶段采用对应的飞行控制方法，控制准确、简便，且避免了纵向输出量的振荡甚至发散问题，以及转弯的超调问题。CN114115352ACN114115352A权利要求书1/2页1.一种无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，包括：将无人飞行器的飞行轨迹分为初始发射段、中途飞行段和末段执行段；在初始发射段，控制无人飞行器按照预定角度爬升，在爬升到设定高度后，进入中途飞行段；在中途飞行段，根据装订的关键节点数据，对无人飞行器进行纵向控制、侧向控制和速度控制，使无人飞行器按照设定的航迹进行飞行，直至到末段执行段；在末段执行段，按照比例导引法控制无人飞行器抵近目标完成任务。2.根据权利要求1所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，在中途飞行段，根据装订的关键节点数据，对无人飞行器进行纵向控制得到期望纵向速度，对无人飞行器进行侧向控制得到期望转弯角速度，根据期望纵向速度和期望转弯角速度进行速度控制得到期望舵机偏转角和期望发动机推力，控制无人飞行器按照设定的航迹进行飞行，直至到末段执行段。3.根据权利要求2所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，在中途飞行段的纵向控制中，采用基于幂函数控制指令的纵向控制方法，根据幂函数得出给定高度、当前高度和垂直速度的关系，利用当前高度信息解算出当前期望纵向速度，作为控制指令输出。4.根据权利要求3所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，纵向控制中爬升转平飞、平飞转爬升的幂函数控制关系为：纵向控制中下滑转平飞、平飞转下滑的幂函数控制关系为：其中，为纵向爬升速度，为纵向下滑速度，hm为当前高度；hg1为起始点位置高度，hg2为目标点位置高度，b为起始点位置和目标点位置的高度差，b＝|hg2‑hg1|；p为爬升过程的预测时间；hmax为无人飞行器纵向速度的额定参数值；hg为无人飞行器以最大加速度从平飞加速到纵向速度最大值过程中所上升的高度；5.根据权利要求2所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，对无人飞行器进行侧向控制包括转弯和直飞两种动作指令；输出数据为当前状态下的期望转弯角速度；在侧向控制的转弯过程包括：1)计算提前转弯的距离，在飞行的过程中，判断是否到达转弯点，否，则继续直飞；是，则进入下一步；2)以期望的转弯角速度进行转弯，判断是否达到转弯角度，否，则继续转弯，是，进入下2CN114115352A权利要求书2/2页一步；3)进行航向修正，保持直飞；等待进入下一个转弯。6.根据权利要求2所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，所述期望的发动机推力其中，Fp为发动机推力，Fx为无人飞行器所受空气阻力，G为无人飞行器所受重力，m为无人飞行器质量；v为无人飞行器的速度；为无人飞行器的加速度；α为无人飞行器的迎角，θ为无人飞行器的轨迹倾角。7.根据权利要求2所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，所述期望的舵机偏转角中，期望的升降舵偏转角度其中，k为比例系数；为无人飞行器飞行中的俯仰角与期望的俯仰角之间的偏差角；其中，仰角偏差角VZH为纵向控制计算出期望纵向速；VZ为当前纵向速度，Vx为当前水平速度；所述当前纵向速度和当前水平速度为惯性测量得到的速度值；所述期望的舵机偏转角中，期望的方向舵偏转角度其中，k′为比例系数，无人飞行器飞行中侧向的偏差角误差；所述侧向的偏差角误差为期望的转弯角加速度。8.根据权利要求1所述的无人飞行器飞行控制方法，其特征在于，在比例导引法中，无人飞行器在追击目标过程中速度不变，通过计算当前时刻飞行器‑目标的距离和飞行器‑目标的视线角，在下一时刻在飞行器‑目标的上进行比例导引；比例引导的关系