[發(fā)明專利]一種復(fù)合翼無人機(jī)懸停自動對風(fēng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011480319.0
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112537444B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅繼安;許長春;陳著
• 申請（專利權(quán)）人: 彩虹無人機(jī)科技有限公司
• 主分類號: B64C27/22
• 分類號: B64C27/22;G05D1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

本發(fā)明一種復(fù)合翼無人機(jī)懸停自動對風(fēng)的方法，無人機(jī)在旋翼模態(tài)下垂直起降時，分定點(diǎn)懸停階段、航向調(diào)整階段兩個階段控制無人機(jī)機(jī)頭方向自動對準(zhǔn)風(fēng)的來流方向，使機(jī)頭迎風(fēng)以提高無人機(jī)的抗風(fēng)能力。當(dāng)無人機(jī)剛起飛或準(zhǔn)備垂直降落時，無人機(jī)先進(jìn)入定點(diǎn)懸停階段，無人機(jī)定點(diǎn)懸停時間t后，即刻進(jìn)入航向調(diào)整階段，根據(jù)滾轉(zhuǎn)角指令判斷，結(jié)合旋翼拉力的水平分力、旋翼旋轉(zhuǎn)反扭矩差及固定翼方向舵提高無人機(jī)偏航角速率的控制能力，調(diào)整機(jī)頭航向，實現(xiàn)自動對風(fēng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合翼無人機(jī)懸停自動對風(fēng)的方法，屬于復(fù)合翼無人機(jī)的控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

復(fù)合翼無人機(jī)因具有垂直起降以及長航時的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展迅速，兼顧了直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。但是對于復(fù)合翼無人機(jī)，其垂直起降階段抗側(cè)風(fēng)能力一般較差，因其主要依靠旋翼旋轉(zhuǎn)反扭力矩控制偏航，此控制方式產(chǎn)生的偏航力矩較小，不足以抵消無人機(jī)在強(qiáng)側(cè)風(fēng)下起降時受到的偏航力矩。在側(cè)風(fēng)環(huán)境下由于航向的控制及抗風(fēng)作用，容易引起姿態(tài)控制量飽和，使姿態(tài)控制能力不足而引起姿態(tài)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)大姿態(tài)振蕩而引發(fā)事故。而當(dāng)無人機(jī)機(jī)頭迎風(fēng)時，無人機(jī)的抗風(fēng)能力相對較強(qiáng)。

多數(shù)復(fù)合翼無人機(jī)垂直起降或懸停時，往往需要人為干預(yù)調(diào)整無人機(jī)機(jī)頭航向，因此不能及時根據(jù)風(fēng)向調(diào)整機(jī)頭航向，導(dǎo)致其姿態(tài)穩(wěn)定性變差。在控制航向時，主要使用旋翼旋轉(zhuǎn)反扭力矩控制，而這種單一的控制方式產(chǎn)生的偏航力矩較小，控制效率低、實現(xiàn)效果差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合翼無人機(jī)懸停自動對風(fēng)的方法，通過自動控制調(diào)整無人機(jī)機(jī)頭航向，使無人機(jī)機(jī)頭迎風(fēng)而避免側(cè)面抗風(fēng)，同時采用多種控制方式實現(xiàn)無人機(jī)的航向控制。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：一種復(fù)合翼無人機(jī)懸停自動對風(fēng)的方法，步驟如下：

(1)當(dāng)無人機(jī)剛起飛或準(zhǔn)備垂直降落時，無人機(jī)先進(jìn)入定點(diǎn)懸停階段，使無人機(jī)在設(shè)定的懸停固定點(diǎn)上及距離懸停固定點(diǎn)設(shè)定的距離內(nèi)，進(jìn)行定點(diǎn)懸停；

(2)在設(shè)定的無人機(jī)定點(diǎn)懸停時間t內(nèi)，判斷是否有人工干預(yù)，若有，則重新計時，返回定點(diǎn)懸停階段；否則即刻進(jìn)入航向調(diào)整階段，根據(jù)無人機(jī)定點(diǎn)懸停的懸停固定點(diǎn)位置與無人機(jī)當(dāng)前的位置的水平距離，確定期望達(dá)到的滾轉(zhuǎn)角，形成滾轉(zhuǎn)角指令，根據(jù)滾轉(zhuǎn)角指令，判斷滾轉(zhuǎn)角指令是否達(dá)到設(shè)定的滾轉(zhuǎn)角閾值；若達(dá)到，進(jìn)行步驟(3)，否則，不需要調(diào)整無人機(jī)航向；

(3)調(diào)整無人機(jī)航向，使機(jī)頭對準(zhǔn)來流方向，完成無人機(jī)懸停自動對風(fēng)。

優(yōu)選的，步驟(1)當(dāng)無人機(jī)剛起飛或準(zhǔn)備垂直降落時，無人機(jī)先進(jìn)入定點(diǎn)懸停階段，使無人機(jī)在設(shè)定的懸停固定點(diǎn)上及距離懸停固定點(diǎn)設(shè)定的距離內(nèi)，進(jìn)行定點(diǎn)懸停；具體如下：

無人機(jī)起飛或降落時，處于旋翼模式控制，無人機(jī)切入定點(diǎn)懸停模態(tài)，實現(xiàn)無人機(jī)定高定點(diǎn)控制，在無人工遙控干預(yù)的情況下，通過調(diào)整俯仰或滾轉(zhuǎn)姿態(tài)實現(xiàn)定點(diǎn)懸停。

優(yōu)選的，處于旋翼模式控制是指：只有旋翼為無人機(jī)提供動力，無其他動力來源，對飛行器進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，定點(diǎn)懸停模態(tài)，是指無人機(jī)通過位置控制，以設(shè)定的懸停固定點(diǎn)為目標(biāo)位置，逐漸靠近直至到達(dá)懸停固定點(diǎn)后進(jìn)行懸停的狀態(tài)。

優(yōu)選的，在無人工遙控干預(yù)的情況下，通過調(diào)整俯仰或滾轉(zhuǎn)姿態(tài)實現(xiàn)定點(diǎn)懸停，具體如下：

無風(fēng)或完全順逆風(fēng)情況下，無人機(jī)長時間定點(diǎn)懸停，只調(diào)整俯仰姿態(tài)，產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)角指令φ_c為0°，此時無需調(diào)整機(jī)頭航向；

在側(cè)風(fēng)環(huán)境下，無人機(jī)控制位置維持定點(diǎn)懸停，不調(diào)整俯仰姿態(tài)，只產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)角指令φ_c，通過控制滾轉(zhuǎn)角對抗側(cè)風(fēng)，維持無人機(jī)懸停在固定點(diǎn)；