[發(fā)明專利]無尾槳型無人直升機的防鐘擺控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710025294.3
• 申請日: 2007-07-20
• 公開（公告）號: CN101093398A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王道波;盛守照
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 闕如生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無尾槳型無人直升機的防鐘擺控制方法，能使這種新型無人直升機在懸停時不進入鐘擺狀態(tài)。

背景技術(shù)

鐘擺現(xiàn)象是一個物體繞其自身的一個固定端，在一定范圍內(nèi)作有規(guī)律的、周而復始的擺動，其特點是一端固定，另一端可以自由運動，在理想情況下，擺角呈現(xiàn)周期性變化。由于無尾槳型無人直升機在構(gòu)型上具有誘發(fā)鐘擺的條件，其擺動是二維的，即有縱向和側(cè)向兩個方向；擺長是不確定的，但是有界的，當飛機在執(zhí)行飛行任務的時候，隨著機內(nèi)油量的變化，飛機的重心隨著變化，還有設(shè)備安裝等其它不確定性因素也影響重心的位置和對稱性，擺長會隨之變化；另外，擺動所圍繞的固定點因受到和鐘擺自身不相關(guān)的外力作用，而在平面或者空間被動運動，這個運動不受擺動的影響，但是可以影響擺動。這種無尾槳型無人直升機采用常規(guī)無人直升機控制方法在懸停時會因外部的陣風等干擾產(chǎn)生縱向和側(cè)向擺動現(xiàn)象，危及無人直升機的飛行安全。

發(fā)明內(nèi)容

無尾槳型無人直升機由于其特定的構(gòu)型，在一定的條件下會產(chǎn)生鐘擺現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會引起無人直升機等幅振蕩，嚴重會振蕩發(fā)散，引起飛行事故。本發(fā)明提供一種無尾槳型無人直升機的防鐘擺控制方法，用于防止和抑制此型無人直升機的鐘擺振蕩。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在常規(guī)無人直升機姿態(tài)雙閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，增設(shè)速度閉環(huán)控制和線加速度閉環(huán)控制，采用這種防鐘擺控制規(guī)律使無人直升機不構(gòu)成形成鐘擺的條件，以避免鐘擺現(xiàn)象的發(fā)生，并當出現(xiàn)鐘擺趨勢時，可使無人直升機小范圍快速移動，使其脫離鐘擺條件，達到抑制無人直升機鐘擺的目的。具體控制方法是利用直升機中的角速率陀螺輸出的俯仰角速率和滾轉(zhuǎn)角速率分別經(jīng)俯仰增穩(wěn)控制和滾轉(zhuǎn)增穩(wěn)控制構(gòu)成第一閉環(huán)控制內(nèi)回路，提高直升機姿態(tài)控制的穩(wěn)定性；利用直升機的姿態(tài)陀螺輸出的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角分別經(jīng)俯仰控制器和滾轉(zhuǎn)控制器構(gòu)成第二閉環(huán)控制內(nèi)回路，實現(xiàn)對直升機的姿態(tài)控制；在此基礎(chǔ)上，利用加速度計輸出信息獲得的縱向加速度和橫向加速度分別經(jīng)縱向速度增穩(wěn)控制和橫向速度增穩(wěn)控制構(gòu)成的第三閉環(huán)控制回路，提高直升機速度控制的穩(wěn)定性；利用GPS輸出的信息獲得的縱向速度和橫向速度經(jīng)縱向速度調(diào)節(jié)器和橫向速度調(diào)節(jié)器構(gòu)成的第四閉環(huán)控制回路，實現(xiàn)提前抑制擺角偏離的控制。當采用這種控制方法后，無尾槳型無人直升機將可安全處于懸停狀態(tài)，無論此時是否受到陣風的擾動或其它外力干擾。

附圖說明

圖1為無尾槳型無人直升機在外界干擾下的防鐘擺過程。

圖2為無尾槳型無人直升機在前移1米任務下的防鐘擺過程。

圖3為無尾槳型無人直升機的防鐘擺控制方法原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明控制效果進行說明：

(1)當機體受到外力作用，如受到風的干擾后，在重力作用下，這種無尾槳型無人直升機就會產(chǎn)生一個平衡位置附近的擺動。在所設(shè)計的控制律的控制下，其效果是無人直升機小范圍快速移動，使得直升機在短時間內(nèi)達到平衡狀態(tài)，其縱向響應如圖1所示，橫向響應同縱向響應一致。

(2)當機體的懸點受到外力作用，如要求直升機縱向運動1米，相當于機體重心有一個反向的慣性力，由于機體受到外力，所以形成擺動條件。在所設(shè)計的控制律的控制下，既能做到抑制擺動的現(xiàn)象，又能讓飛機向前飛行一個固定的距離，其實這種控制效果首先是讓懸點向反向移動，然后正向移動，如圖2所示，此時機體擺動的時間最短，橫向響應同縱向響應一致。

所設(shè)計的控制方法如圖3所示，其中，俯仰與滾轉(zhuǎn)姿態(tài)控制采用了常規(guī)無人直升機姿態(tài)雙閉環(huán)控制回路，如圖3中虛線框內(nèi)部所示，利用角速率陀螺輸出的俯仰角速率和滾轉(zhuǎn)角速率構(gòu)成的內(nèi)回路起到提高姿態(tài)控制穩(wěn)定性的作用，俯仰和滾轉(zhuǎn)增穩(wěn)控制采用比例控制器；利用姿態(tài)陀螺輸出的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角構(gòu)成的外回路作為姿態(tài)控制的主回路起到姿態(tài)控制的作用，俯仰和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)控制采用比例積分控制器。防鐘擺控制在常規(guī)無人直升機姿態(tài)控制的基礎(chǔ)上又增加了由速度和加速度組成的外圍雙閉環(huán)控制回路，如圖3中虛線框外部所示，利用加速度計輸出信息獲得的無人直升機縱向加速度和橫向加速度構(gòu)成的內(nèi)回路起到提高速度控制穩(wěn)定性的作用，縱向和橫向速度增穩(wěn)控制采用比例控制器；利用GPS輸出信息獲得的無人直升機縱向速度和橫向速度構(gòu)成的外回路作為防鐘擺控制的主回路起到提前抑制擺角偏離的作用，縱向和橫向速度調(diào)節(jié)器采用比例控制器。利用這種防鐘擺控制所構(gòu)成的外圍雙閉環(huán)控制回路結(jié)構(gòu)使得此型無人直升機對于外界干擾或外力作用都能達到有效抑制鐘擺現(xiàn)象，并穩(wěn)定地飛行。