[發明專利]一種飛行器姿態擾動濾除方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 201811623708.7
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109508028B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 姬冰;李玉帥;孔留兵;楊志康
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊哲

本發明公開了一種撲翼運動引起的飛行器姿態擾動濾除方法、裝置及系統，動作捕捉系統采集撲翼飛行器運動信號，飛行器控制系統采集姿態信號，上位機分別進行信號特征分析得到對應的頻譜圖，確定飛行器撲翼運動為姿態擾動來源；動作捕捉系統采集撲翼飛行器在油門信號逐漸增加時對應的運動信號，上位機對其進行信號特征分析，進行油門與撲翼頻率的擬合；上位機根據油門與撲翼頻率的擬合關系得到最大油門信號對應的撲翼頻率，將其作為頻率閾值進行低通濾波器濾除高頻干擾信號；上位機對濾除高頻干擾信號后的低通濾波信號進行頻譜分析，根據幅度閾值，篩選出主要頻率作為擾動信號頻率進行帶阻濾波濾除撲翼飛行器的擾動信號。

技術領域

本發明屬于飛行器控制的技術領域，涉及一種飛行器姿態擾動濾除方法、裝置及系統，尤其是涉及一種由撲翼運動引起的飛行器姿態擾動的濾除方法、裝置及系統。

背景技術

小型無人飛行器由于其具有體積小、重量輕、便于攜帶、操作方便、機動靈活、起降空間小、噪音低、隱蔽性好等優點，從一開始出現就受到人們的廣泛關注，其被公認為是具有廣闊發展前景的高技術產品之一。按照升力產生和推進機理的不同，小型無人飛行器可分為：固定翼、旋翼及撲翼。固定翼和旋翼小型無人飛行器的飛行機理分別與傳統的固定翼飛機和直升機相同，其研制工作尚有一定的理論知識和現場數據可以借鑒。撲翼仿生飛行器是模仿鳥類或昆蟲飛行的新型飛行器，其飛行需要的升力和推力全由撲翼運動產生，飛行原理與前兩者完全不同。

與常規飛機相比，小型無人飛行器的空氣動力學特性有很大不同，其雷諾系數較低(雷諾系數表征空氣慣性力和粘性力的比值，常規飛機的雷諾系數在10⁶～10⁸之間，小型無人飛行器在10¹～10⁵之間)。在如此低的雷諾系數下，自然界中的飛行生物，如鳥類和昆蟲，沒有一種采用固定翼或旋翼方式飛行，均采用撲翼方式飛行。撲翼飛行器具有以下優勢：撲翼飛行器擁有更強的機動性和靈活性，撲翼飛行只依靠翅膀的撲動與扭轉就能實現體位和姿態的變化，而固定翼和旋翼飛行器需要多個動力源來合作完成；撲翼飛行在飛行過程中，可以通過滑翔的方式飛行，比起固定翼和旋翼飛行器節省了很多能量；同時撲翼飛行具有很高的能量轉換效率，使用較少的能量就達到較遠的飛行距離，對于執行遠距離任務是很合適的；自然界的飛行生物不約而同都選擇了撲翼飛行，這也從一定程度上表明，撲翼飛行更具有優勢。

盡管國內外研究機構在撲翼飛行器研制上取得一系列成果，使得撲翼飛行器能夠飛行，但撲翼飛行器穩定飛行仍是一個亟待解決的問題。撲翼飛行器的穩定飛行離不開精確的姿態控制。因此，精確測量飛行器姿態的變化，濾除姿態擾動對飛行器穩定飛行是極為重要的。在撲翼飛行器飛行期間，通過機翼的不斷撲動，獲得升力，從而能夠克服重力實現飛行，但由于受到周期性慣性力作用，機翼的上下撲動運動會不可避免地引起飛行器在俯仰方向上有規律的上下運動，該運動會對飛行器的真實俯仰角造成較大的擾動，從而使其呈現周期性信號變化特征，同時還會耦合的帶來其他姿態的擾動，影響飛行器控制系統對飛行器姿態的精確控制，使飛行器不能夠穩定飛行。因此解決由撲翼運動引起的姿態擾動是很有必要的。

綜上所述，針對現有技術中如何解決由撲翼運動引起的姿態擾動的問題，尚缺乏有效的解決方案。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，解決現有技術中由撲翼運動引起的姿態擾動的問題，本發明提供了一種撲翼運動引起的飛行器姿態擾動濾除方法、裝置及系統，尤其是一種由撲翼運動引起的飛行器姿態擾動的濾除方法、裝置及系統，能夠精確捕捉撲翼飛行器撲翼運動對飛行器真實姿態角的擾動頻率，并利用擾動頻率跟隨自適應濾波器有效實現濾除撲翼運動引起的飛行器姿態擾動，使得飛行器控制系統能夠對飛行器姿態進行精確控制。

本發明的第一目的是提供一種撲翼運動引起的飛行器姿態擾動濾除方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下一種技術方案：

一種撲翼運動引起的飛行器姿態擾動濾除方法，該方法具體步驟包括：