[發明專利]一種基于角加速度傳感器的多操縱面無人機閉環控制分配方法

有效

• 申請號: 201210191778.6
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102736631A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 王宏倫;蓋文東;樊國瑋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01P15/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

技術領域

本發明屬于無人機飛行控制領域，具體地說是指一種基于角加速度傳感器的多操縱面無人機閉環控制分配技術。

背景技術

現代無人機朝著高機動性、高可靠性的方向發展。具有多個操縱面，使其操縱靈活性增強，形成多操縱面布局的氣動余度，從而提高了無人機的控制能力，增加了飛行控制系統的控制冗余度。對于無人機每個通道的控制來說，都有多個操縱面可以同時利用。因此，通過多個操縱面的同時偏轉，可以產生直接升力或側力等非常規機動的控制效果，并且當一個操縱面發生故障時，有多個其它有效操縱面可供選擇，這為高可靠飛行控制系統的設計與實現提供了可能性。

多個冗余的操縱面在提高系統可靠性的同時也帶來了如何將控制指令分配到各個操縱面的問題。控制分配技術是解決此類問題的有效方法，它在滿足無人機操縱面偏轉位置和速率約束的前提下，將控制指令以某種最優指標分配到各個操縱面。控制分配技術將飛行控制系統分為飛行控制律設計和控制分配兩個環節，從而明確了整個系統的物理概念，簡化了其設計過程，提高了不同飛行控制方法和控制分配方法的可重用性。目前見諸文獻的控制分配方法有：廣義逆方法、鏈式遞增方法、直接分配方法、線性規劃法、二次規劃法、動態控制分配方法等。這些控制分配方法均為開環結構，當各個操縱面處于正常工作狀態時，它們可以達到較好的控制分配效果，但當某個操縱面發生故障時，它們往往無法取得理想的控制效果。

角加速度傳感器是測量無人機角加速度的有效手段，具有體積小、重量輕、造價低廉等特點。角加速度傳感器由三個安裝于無人機機體軸上的角加速度計組成，它們分別感受三個軸線方向的角加速度并輸出，則可以得到無人機的角加速度。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于角加速度傳感器的多操縱面無人機閉環控制分配方法，在操縱面正常工作或發生故障的情況下，通過多操縱面無人機閉環控制分配方法將期望控制指令分配到各個操縱面。

本發明的基于角加速度傳感器的多操縱面無人機閉環控制分配方法，首先得到角加速度指令，根據角加速度指令以及無人機的當前角加速度信息（可通過安裝于無人機上的角加速度傳感器測得）得到力矩增量誤差，通過常用的控制分配方法對該力矩增量誤差進行分配，從而得到各個操縱面的偏轉角度，具體包括如下步驟：

步驟一：通過無人機上的角速度傳感器測得當前的無人機角速度，根據期望的角速度指令，得到無人機的期望角加速度。

步驟二：通過無人機上的角加速度傳感器測得當前的無人機角加速度，并與無人機的期望角加速度相減，再與轉動慣量矩陣相乘，得到無人機的力矩增量誤差。

步驟三：采用控制分配方法對力矩增量誤差進行分配，得到不同執行機構的控制增量。

步驟四：將當前時刻計算得到的執行機構控制增量與存儲的前一時刻執行機構控制輸入相加，得到不同執行機構的控制輸入。

步驟五：將不同執行機構的控制輸入分別接入相應的執行機構，從而得到不同操縱面的偏轉角度。

步驟六：在后續的飛行控制過程中，不斷重復前述五個步驟，從而實時得到無人機不同操縱面的實際偏轉角。

步驟四得到的不同執行機構控制輸入，以及步驟五或者步驟六中得到的無人機操縱面偏轉角（由相應的位置傳感器獲取），均通過測控鏈路下傳顯示，供操控人員監控參考。

本發明的優點在于：

（1）本發明提供的方法利用了無人機角加速度傳感器得到角加速度反饋信息，從而構成了閉環控制分配結構，在操縱面正常工作和發生故障時，均能達到較好的控制分配效果；

（2）本發明提供的方法原理簡單，實現方便。

附圖說明

圖1是本發明的原理結構圖；

圖2是本發明的方法流程圖。

圖中：

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。