[發(fā)明專利]一種飛艇遙控起飛/著陸預(yù)警方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210411130.5
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102902204A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳雷;李智斌;李勇;田科豐;孫帥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天控制領(lǐng)域，涉及一種針對以靜浮力為主升力的充氣無人飛艇遙控起飛和著陸預(yù)警方法，特別適用于平流層飛艇等大型飛艇的起飛和著陸遙控操作。

背景技術(shù)

無人飛艇的飛行控制方式以有人參與的程度不同可以分為遙控、半自主和自主飛行控制。出于安全性考慮，三種方式在飛艇起飛和著陸階段大多采用地面人員遙控為主的方式進(jìn)行。地面遙控人員通過對艇上動力裝置進(jìn)行控制，使得飛艇能夠從地面升空到安全高度和從空中安全著陸。由于飛艇自身為一大慣量、大滯后系統(tǒng)，且受環(huán)境影響顯著，從施加控制手段到獲得控制效果一般會有一定的滯后，滯后的時間不僅取決于飛艇自身特性還取決于環(huán)境因素。所以，為了保證飛艇的安全性，就需要對遙控人員提供必要的預(yù)警信息。

目前飛艇起飛和著陸的遙控預(yù)警方式主要有兩種。一種是完全依靠遙控人員的個人經(jīng)驗(yàn)，通過對飛艇飛行狀態(tài)和環(huán)境因素的判斷進(jìn)行風(fēng)險預(yù)判并執(zhí)行相應(yīng)的操作。另一種是通過地面設(shè)備，將安裝在艇上測量裝置所測得飛艇實(shí)時狀態(tài)信息和環(huán)境信息通過顯示界面或者語音反饋給遙控人員，并對個別重要指標(biāo)設(shè)置報警閾值。遙控人員通過地面設(shè)備提供的遙測和報警信息進(jìn)行判讀后進(jìn)行相應(yīng)操作。前一種方法在小型低空商業(yè)飛艇上被廣泛采用，后一種方法在大型高空飛艇和少量小型試驗(yàn)飛艇中有所應(yīng)用。顯然，后一種方法在預(yù)警措施和手段方面比前一種更優(yōu)。但這種方法存在以下問題：

(1)缺少飛艇模型信息。目前所采用遙控方式，完全依靠人員操作，所以相應(yīng)地面設(shè)備只是將艇上測量裝置所測得飛艇實(shí)時狀態(tài)信息和環(huán)境信息傳給地面人員，這個過程并不用到飛艇模型信息。這種方式帶來的問題就會使得遙控人員完全憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，并對所實(shí)施操作帶來的效果缺少定量的參考依據(jù)。尤其飛艇這種受環(huán)境影響顯著的飛行器，環(huán)境的變化有很難被地面人員直觀感知，即使遙測數(shù)據(jù)給出環(huán)境信息也很難令遙控人員建立定量概念，所以很難保證操作的準(zhǔn)確性，無法保證飛艇飛行安全。

(2)實(shí)時信息無法保證飛行安全。以飛行高度這一參數(shù)為例，當(dāng)飛艇著陸時，距地面達(dá)到報警閾值時，地面設(shè)備會給出相應(yīng)警示。但遙控人員并不清楚當(dāng)前操作是否會有危險，只能憑借經(jīng)驗(yàn)更加小心操作，對飛行安全并沒有實(shí)質(zhì)性的幫助。此外，因?yàn)轱w艇是一個大質(zhì)量大慣量的系統(tǒng)，而動力裝置往往控制效果不能實(shí)時顯現(xiàn)，并且各種控制手段的效果都會一個控制超調(diào)的過程。而操作過程中又受環(huán)境的影響，所以遙控人員很難依靠地面設(shè)備給出的實(shí)時信息作出有效判斷，無法保證飛行安全。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服以上問題不足，通過引入飛艇模型信息，經(jīng)特定的預(yù)警算法將遙控人員的操作和環(huán)境變化的影響轉(zhuǎn)換成定量信息，并對當(dāng)前操作在下一時間段內(nèi)產(chǎn)生的效果給出預(yù)報，從而為遙控人員的操作提供數(shù)字仿真依據(jù)，最大可能保證飛行安全。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種飛艇遙控起飛/著陸預(yù)警方法，步驟如下：

(1)建立包含動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和熱力學(xué)的飛艇數(shù)學(xué)模型；

(2)將飛艇狀態(tài)和飛艇所處環(huán)境的實(shí)時信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理量，即飛艇的位置、速度、姿態(tài)、飛艇所處環(huán)境的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度；

(3)將遙控人員的實(shí)時操作轉(zhuǎn)換為相應(yīng)物理量，即飛艇舵面轉(zhuǎn)角、推力；

(4)利用步驟(2)、(3)中的物理量作為輸入，通過對步驟(1)建立的飛艇數(shù)學(xué)模型進(jìn)行開環(huán)仿真計算，得到當(dāng)前時刻之后一段時間內(nèi)飛艇的飛行軌跡仿真曲線以及飛行速度參數(shù)變化曲線；

(5)遙控人員通過對仿真曲線和參數(shù)變化曲線進(jìn)行判讀，根據(jù)曲線判斷當(dāng)前操作可能會引起的效果，如果有危及飛行安全的情況則立刻對操作方式進(jìn)行修正，轉(zhuǎn)步驟(2)循環(huán)，直至完成飛艇起飛或著陸的飛行動作。

所述步驟(1)中的飛艇數(shù)學(xué)模型為：