[發明專利]一種空中長航時浮空平臺的模糊控制方法

有效

• 申請號: 201310295489.5
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103412572A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 謝海斌;路暢;王克波;李睿;鄭睿;王茂;張萬鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B13/04
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 周長清

技術領域

本發明主要涉及到監控設備領域，特指一種適用于空中長航時浮空平臺的控制方法。

背景技術

目前，有從業者提出了眾多類型的高空監控系統，主要是通過大量設置攝像頭對地面進行大范圍定點監控和拍攝，以面向中低空偵查、網絡覆蓋、森林防火、商業娛樂等軍民領域。這種類型的高空監控設備一般都是位于固定建筑物、樹上或者其他高的固定位置，但是由于攝像頭安裝位置的原因，因此這類監控設備一旦安裝后，其監控范圍就十分有限。

對于中低空的移動拍攝，目前普遍采用的解決途經是利用無人飛行器進行相關任務。一般的無人飛行器需要使用電力（電池）、熱能（熱氣球）或太陽能進行能量供應，因此這種常規方式存在以下缺點：第一、能量供給困難，消耗快，不能保持飛行器長時間的航行；第二、條件苛刻，需要充足陽光（太陽能）或者晴朗天氣（熱氣球）；第三、成本昂貴，維護價格高昂。由上可知，在這種情況下，全天候、高分辨探測、低維護、低成本的浮空監控系統需求日益緊迫。

有從業者提供一種中低空浮空監控系統，其包括飛行器、拍攝單元、電源單元、監控組件，飛行器可以采用風箏、氣球或者其他類型的可進行中低空懸浮的飛行物，拍攝單元和電源單元均安裝于飛行器上，在飛行器進行懸空飛行時，拍攝單元將拍攝到的圖像傳送給位于地面的監控組件。但是，目前對于這種飛行器的控制往往以人為控制為主，無法適用于長時間的自動監控，也不能滿足自動化、智能化以及精確可靠等需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種原理簡單、控制方便、操作簡便、控制精度高的空中長航時浮空平臺的模糊控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種空中長航時浮空平臺的模糊控制方法，其步驟為：

（1）構建牽引控制平臺；轉動牽引控制平臺包括轉臺、俯仰運動臺以及運動平臺，運動平臺上設置收放繩機構；轉臺用來控制運動平臺的水平角度β實現對牽引繩水平方向的跟隨，即偏差Δβ為0；俯仰運動臺用來控制運動平臺的俯仰角度α，實現對牽引繩俯仰角度的跟隨，即偏差Δα為0；實時測量牽引繩的徑向力、牽引繩的長度、牽引線與轉臺出現水平偏差Δβ和俯仰偏差Δα時，牽引線水平及俯仰方向的力；

（2）牽引繩的水平俯仰控制；牽引繩的水平和俯仰跟隨控制采用PID控制，輸入為二維力傳感器測得的風箏牽引線水平及俯仰方向的力輸出：轉臺、俯仰運動臺的控制信號，控制運動平臺的水平角度β和俯仰角度α，使得二維力傳感器測得的風箏牽引線水平及俯仰方向的力為0；從而實現運動平臺對風箏牽引線水平及俯仰方位的跟隨；

（3）牽引繩的收放控制；收放控制采用模糊控制，根據轉臺的俯仰角、牽引繩的長度、牽引繩的徑向力、風速、俯仰角的變化趨勢、飛行器的高度輸出收放繩機構的控制指令。

作為本發明的進一步改進：

所述俯仰運動臺安裝于轉臺上并隨轉臺轉動，所述運動平臺安裝于俯仰運動臺上并隨俯仰運動臺做俯仰運動；所述運動平臺上設置線輪、碼盤、第一滾輪、壓力傳感器、第二滾輪、二維力傳感器以及驅動線輪轉動的牽引驅動組件；所述牽引繩繞設于線輪上，并依次經碼盤的滾輪、第一滾輪、壓力傳感器、第二滾輪、二維力傳感器的小孔后與飛行器相連；所述壓力傳感器用來測量牽引繩的徑向力，所述碼盤用來測量牽引繩的長度，所述二維力傳感器用來測量風箏牽引線與運動平臺方位不一致而產生水平偏差Δβ和俯仰偏差Δα時，風箏牽引線水平及俯仰方向的力。

所述牽引驅動組件包括收放線電機和同步帶傳動機構，收放線電機經同步帶傳動機構與線輪相連。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、本發明的空中長航時浮空平臺的模糊控制方法，原理簡單、控制方便，通過兩自由度的運動平臺使整個控制變得簡單和精確，適合長時間航行監控，不僅可以采用自動控制，也可以采用手動控制。

2、本發明的空中長航時浮空平臺的模糊控制方法，整體采用平臺式設計，由于整個平臺的重心較低，使得飛行器放飛時，不會出現平臺傾斜的現象。

附圖說明

圖1是本發明方法的控制原理示意圖。

圖2是本發明方法中構建牽引控制平臺原理示意圖。

圖3是本發明牽引控制平臺中俯仰角的示意圖。

圖4是本發明牽引控制平臺中水平角的示意圖。

圖5是本發明飛行器工作時的狀態示意圖。

圖6是本發明中對牽引繩進行水平俯仰控制的原理示意圖。

圖7是本發明中對牽引繩進行收放控制的原理示意圖。