[發明專利]低空飛艇飛行控制系統及其飛行控制方法

有效

• 申請號: 201010535136.4
• 申請日: 2010-11-09
• 公開（公告）號: CN102033546A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 劉世前;張建鵬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種飛行器控制技術領域的系統及方法，具體為一種1km高度的低空飛艇飛行控制系統及其飛行控制方法。

背景技術

低空飛艇具有駐空時間長、穩定性好、容易操控，裝備載荷大等優點，一直受到軍民兩用市場的親賴，目前主要用于監控、航拍、廣告及衛星中繼等領域，如1996年亞特蘭大奧運會用Skyship600飛艇進行監視，2003年中國測繪科學研究院研制的UAVRS?II型低空無人飛艇進行遙感監測，2009年空中飛艇航拍世博園區全景。然而，在實際應用中大多數飛艇都需要有人駕駛或地面操縱者對其進行遙控操作，這使得飛艇的飛行時間和飛行環境受到極大限制，而且提高了操作成本，同時在有人駕駛的飛艇中對人員的安全性也提出了要求，而在很多應用中，例如我國中西部地區地原遼闊，人口稀少，采用無人飛艇代替衛星等工具進行長期不間斷的氣象觀測，長江流域洪水、地震及泥石流災害監控等，具有重要的價值，此時有人飛艇與遙控飛艇在使用上都受到了限制。因此，如何開發一種能自主控制的無人飛艇成為當前的一個研究熱點，飛艇飛行控制系統是無人飛艇的指揮中心，完成高性能的自主導航、自主飛行控制、任務管理等功能，其以飛行控制計算機為核心并與各種傳感器及執行機構共同構成閉環控制系統。如何設計一套功能全、性能高、功耗低且針對性強的無人飛艇飛行控制計算機系統，一直是飛行控制工程設計人員的難題。

針對這一問題，北京航空航天大學依托北京博創興盛機器人公司研制出一種iFLY40型自動駕駛儀，其采用了雙ARM7TDMI內核CPU，將任務導航與飛行控制解算分別開來并采用GPS(Global?Position?System)和IMU(Inertial?Measurement?Unit)導航數據組合導航系統，但其不足之處在于該系統主要針對無人機系統，諸如此類的飛行控制計算機系統還有南京航空航天大學黃一敏研究員研制的基于PC104模塊的小型化飛行控制計算機，而這類計算機鮮有考慮無人飛艇的特殊性，如飛控計算機并沒有設計包含鼓風機和閥門的環境控制系統接口，實際應用中如果遇到緊急情況時無法通過充放氣調節氣囊的壓差來控制飛艇的高度，存在致命的隱患。另外，飛艇的推進系統通常不止一個，一般含2個側推進(矢量控制)，有時還包括尾推進，而尾翼有4個操縱面，包括2個升降舵面和2個方向舵面，這些特點使得通常的無人機飛行控制計算機很難實現無人飛艇的有效控制。此外，市場上還有一些低端飛艇遙控系統，如北京智翔公司的Smart?pilot自動駕駛儀，蘇州方舟飛艇公司采用其僅做一般演示飛行，主要采用遙控方式，原因是飛艇的氣囊壓力、重心等受環境影響大，而Smart?pilot自動駕駛儀沒有考慮飛艇的環境因素影響，導致設計的PID參數很難對飛艇位置、姿態進行精確控制。

經過對現有技術的檢索發現，飛行控制系統有南京理工大學的范珉一等的“小型無人飛艇飛行控制系統設計”(2007)，西南交通大學王進等的“ST-3型飛艇定向飛行控制及監控系統設計”(2009)及中國科學院光電研究院陳慧等的“無人飛艇飛行控制系統軟件設計”(2008)，飛行控制硬件系統有南京航空航天大學郝允冉等的“基于586-Engine的高性能飛行控制器設計與實現”(2007)及清華大學周兆英等設計的“一種具有雙處理器的飛行器自動駕駛儀”(ZL20042007039.8)，這些文獻設計的飛行控制系統，多數是把無人飛艇作為無人機看待(或本身就是無人機)，而很少研究無人飛艇控制對環境的敏感性，以及應急控制考慮不周全，能源利用率低等弊端。針對無人飛艇對飛行控制系統的這些特殊要求。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種低空飛艇飛行控制系統及其飛行控制方法，本發明低空飛艇小型化、模塊化、棧接式飛行控制計算機系統，改進現有將無人飛艇似為無人機進行飛行控制的不足，針對無人飛艇對環境、控制、能源動力的特殊要求，設計開發一套功能更完備、系統更可靠性的飛行控制計算機系統及飛行控制方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：