[發(fā)明專利]基于微型氣壓傳感器的小型無人機增穩(wěn)控制裝置及其方法

有效

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• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN110989667B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設計）人: 符文星;任子君;閆斌斌;馬文卉;金星
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明提供了一種基于微型氣壓傳感器的小型無人機增穩(wěn)控制裝置及其方法，將氣壓傳感器安裝在小型無人機的各個翼面上，將測量得到的瞬時氣壓信息送入數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)擾動力矩估計算法，實時估算出無人機受到的擾動力矩，將估算得到的干擾力矩信息傳入飛控模塊，飛控模塊解算得到舵機偏轉(zhuǎn)指令，控制舵機偏轉(zhuǎn)，保持飛行狀態(tài)穩(wěn)定。本發(fā)明利用貼裝在機翼表面的氣壓傳感器，測量氣流狀態(tài)，及時感知氣流變化，解算控制指令，起到增加飛行穩(wěn)定性的作用。

技術領域

本發(fā)明涉及無人機飛行控制技術領域，特別涉及小型無人機的抗陣風擾動的控制。

背景技術

近年來無人機的快速發(fā)展使其在社會生產(chǎn)的各方面得到應用，尤其是中小型無人機更是深入到生產(chǎn)生活的各個方面。與旋翼類無人機不同，固定翼無人機主要靠升力面與氣流的相對運動產(chǎn)生的升力平衡重力。氣流的波動、流動的不穩(wěn)定都會對無人機的氣動力產(chǎn)生很大的影響，進而帶來姿態(tài)及航跡的改變。氣流與建筑物和樹木的相互作用使得近地面的流場較為復雜，湍流、漩渦時有發(fā)生。對于小型無人機，機身尺度小，與湍流漩渦尺度接近。湍流經(jīng)過無人機時，甚至能引起機身流場的不對稱，這給小型無人機的安全飛行帶來了嚴峻的考驗。

傳統(tǒng)的無人機控制方式是依靠慣組(IMU)或水平儀等檢測姿態(tài)角的變化，從而產(chǎn)生修正指令。傳統(tǒng)飛行穩(wěn)定系統(tǒng)的性能受到角度測量傳感器延遲及精度的制約。在有風和建筑樹木的情況下，基于IMU的傳統(tǒng)飛控系統(tǒng)往往難以保證飛行的安全性，這就極大地降低了無人機的作業(yè)時間和區(qū)間，降低了工作效率。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于微型氣壓傳感器的小型無人機增穩(wěn)控制裝置，利用分布在機翼的微型氣壓傳感器估計出擾動力矩，并根據(jù)擾動力矩由控制系統(tǒng)輸出相應的補償舵偏指令，以達到提高現(xiàn)有小型無人機抗擾動的能力。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于微型氣壓傳感器的小型無人機增穩(wěn)控制裝置，包括氣壓傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、飛控模塊和舵機。

所述的氣壓傳感器安裝在小型無人機的各個翼面上，將測量得到的瞬時氣壓信息送入數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)擾動力矩估計算法，實時估算出無人機受到的擾動力矩，將估算得到的干擾力矩信息傳入飛控模塊，飛控模塊解算得到舵機偏轉(zhuǎn)指令，控制舵機偏轉(zhuǎn)，保持飛行狀態(tài)穩(wěn)定。

所述的氣壓傳感器安裝在機翼、尾翼的兩端及中部。

所述的氣壓傳感器在機翼展向配置方式為翼尖和翼根區(qū)的數(shù)量大于翼中段數(shù)量。

所述的氣壓傳感器的機翼弦向配置方式為機翼前緣的密度大于機翼后緣密度。

所述的飛控模塊提供的舵機偏轉(zhuǎn)指令，和主控制器的舵指令一起作用于舵機；當無人機進行主動轉(zhuǎn)彎時，飛控模塊提供的舵機偏轉(zhuǎn)指令不輸出至舵機。

本發(fā)明還提供一種基于微型氣壓傳感器的小型無人機增穩(wěn)控制方法，包括以下步驟：

步驟1，無人機起飛并轉(zhuǎn)入平穩(wěn)飛行即巡航段后，自行啟動或根據(jù)地面站發(fā)送指令啟動所述的增穩(wěn)控制裝置；當無人機進行主動轉(zhuǎn)彎時，增穩(wěn)控制裝置不輸出至舵機；

步驟2，利用貼裝在主翼左右翼面上的氣壓傳感器估算出滾轉(zhuǎn)擾動力矩，送入增穩(wěn)控制裝置的滾轉(zhuǎn)通路，輸出副翼的補償舵偏指令；

步驟3，利用貼裝在主翼翼面和水平尾翼上的氣壓傳感器估算出俯仰擾動力矩，送入增穩(wěn)控制裝置的俯仰通路，輸出升降舵的補償舵偏指令；

步驟4，利用貼裝在垂直尾翼上的氣壓傳感器估算出偏航擾動力矩，送入增穩(wěn)控制裝置的偏航通路，輸出方向舵的補償舵偏指令。