[發明專利]一種反蜂群無人機的飛行器控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010570428.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111538255B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 王玉杰;高顯忠;侯中喜;賈高偉;郭正
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G05D1/10;G05D1/08;G05D1/04
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種反蜂群無人機的飛行器控制方法，所述方法包括：

創建無人機組件和環境組件的模型，所述無人機組件用于模擬反蜂群無人機的性能參數，所述環境組件用于模擬仿真環境參數；

根據所述無人機組件模型、所述環境組件模型以及無人機控制器中預設配置信息，生成仿真模型；

設置無人機飛行的飛行航線，將所述飛行航線輸入到所述仿真模型中；

實時采集所述仿真模型輸出的仿真飛行參數，當所述仿真飛行參數達到設定的閾值時，向無人機組件發送飛行模式的切換指令；所述飛行模式包括：垂向飛行模式、水平飛行模式以及過渡飛行模式；

所述預設配置信息至少包括航線、航路點、位置、速度、加速度、距離、俯仰角、偏航角、航跡角、側滑角、攻角、力、控制力矩以及轉動慣量；其中，

所述力至少包括無人機四個螺旋槳產生的總拉力、任一螺旋槳的拉力、空氣壓力、升力、阻力；

所述控制力矩至少包括滾轉控制力矩、俯仰控制力矩、偏航控制力矩；

所述閾值至少包括距離閾值、航跡角閾值和偏航角閾值；

當所述無人機組件從垂向飛行模式切換為水平飛行模式時仿真飛行參數同時滿足：到下一預設航路點的距離大于設定的距離閾值、到下一預設航路點的期望航跡角小于設定的航跡角閾值以及到下一預設航路點的期望偏航角閾值小于設定的偏航角閾值。

2.根據權利要求1所述的一種反蜂群無人機的飛行器控制方法，其特征在于，當所述無人機組件從水平飛行模式切換為垂向飛行模式時仿真飛行參數滿足：到下一預設航路點的距離小于設定的距離閾值或到下一預設航路點的期望航跡角大于設定的航跡角閾值。

3.根據權利要求1所述的一種反蜂群無人機的飛行器控制方法，其特征在于，所述無人機采用垂直起降模態控制進行垂向飛行模式控制，所述無人機采用快速平飛模態控制進行水平飛行模式控制，所述無人機采用混合模態切換控制過渡飛行模式控制。

4.根據權利要求3所述的一種反蜂群無人機的飛行器控制方法，其特征在于，所述無人機在垂向飛行模式時還需要建立基于反蜂群無人機的動力學模型和運動學模型；根據所述動力學模型分析無人機組件所受壓力與空氣速度、空氣密度、無人機形狀和姿態的函數關系；根據所述運動學模型分析無人機組件的動作類型和運動軌跡。

5.根據權利要求3所述的一種反蜂群無人機的飛行器控制方法，其特征在于，所述方法還包括：

當所述無人機組件采用垂直起降模態控制時，執行起飛、降落以及緊急情況下的穩定控制；

當所述無人機組件采用快速平飛模態控制時，執行自適應協調控制，擴展無人機集群的安全飛行包線；

當所述無人機組件采用混合模態切換控制時，以無人機的俯仰角作為調度變量，根據俯仰角的值控制完成過渡飛行過程。

6.一種反蜂群無人機的飛行器控制系統，其特征在于，所述系統包括：

組建模塊，用于創建無人機組件和環境組件的模型，所述無人機組件用于模擬反蜂群無人機的性能參數，所述環境組件用于模擬仿真環境參數；

模型生成模塊，用于根據所述無人機組件模型、所述環境組件模型以及無人機控制器中預先設置的配置信息，生成仿真模型；所述預設配置信息至少包括航線、航路點、位置、速度、加速度、距離、俯仰角、偏航角、航跡角、側滑角、攻角、力、控制力矩以及轉動慣量；其中，所述力至少包括無人機四個螺旋槳產生的總拉力、任一螺旋槳的拉力、空氣壓力、升力、阻力；所述控制力矩至少包括滾轉控制力矩、俯仰控制力矩、偏航控制力矩；閾值至少包括距離閾值、航跡角閾值和偏航角閾值；當所述無人機組件從垂向飛行模式切換為水平飛行模式時仿真飛行參數同時滿足：到下一預設航路點的距離大于設定的距離閾值、到下一預設航路點的期望航跡角小于設定的航跡角閾值以及到下一預設航路點的期望偏航角閾值小于設定的偏航角閾值；

制導模塊，用于設置無人機飛行的飛行航線，將所述飛行航線輸入到所述仿真模型中；

仿真分析模塊，用于實時采集所述仿真模型輸出的仿真飛行參數，當所述仿真飛行參數達到設定的閾值時，向無人機組件發送飛行模式的切換指令。