[發明專利]一種旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試系統

有效

• 申請號: 202110283427.7
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113049215B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 郭雷;郭克信;劉書林;喬建忠;余翔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08;B64F5/60
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;顧煒

本發明涉及一種旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試系統，包括氣流干擾生成系統、氣流干擾仿真平臺、無人機抗氣流干擾實驗平臺；該系統對各種氣流擾動建立精確的仿真模型并生成機載氣流擾動模塊，利用仿真軟件對無人機受到的氣流擾動影響進行精確仿真分析，仿真測試無誤后再利用實驗風場模擬設備，構建無人機氣流擾動飛行環境，進行實際氣流擾動環境飛行試驗；本發明測試平臺能夠精確量化無人機所受氣流干擾的大小，精確刻畫評估無人機位置抗氣流干擾能力邊界以及對無人機位置抗干擾控制進行一體化設計，驗證了該系統的有效性和工程實用性，適用于航空航天領域的無人機位置抗氣流干擾的仿真分析、量化評估測試以及實際飛行驗證試驗。

技術領域

本發明涉及一種旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試系統，屬于無人機位置抗氣流干擾控制一體化設計領域。

背景技術

無人機在飛行過程中，會受到地效擾動、局部風變化等因素影響，導致無人機飛行區域有氣流擾動，而這些氣流擾動會改變無人機槳的力效、無人機槳葉的上下氣流壓差、無人機無序不均衡受力，使得氣壓計測量誤差增大等從而對無人機飛行過程產生嚴重的影響，非常嚴重的時候甚至可能造成無人機翻轉墜毀。

氣流擾動對無人機飛行造成的嚴重影響必須通過適當的控制方法和策略來解決，而目前無人機對于氣流擾動的控制是將氣流擾動當成系統控制誤差，依靠無人機姿態位置控制環中的PID參數進行簡單的擾動控制，此種方法過于簡單，在氣流擾動干擾超過PID參數調節范圍后，無人機將不能及時調整相應的位置姿態造成摔機。目前，關于無人機抗干擾方面的研究還是有一些,比如已授權的中國專利N201810049761.4《一種無人飛行器抗風干擾位置控制方法和裝置》,比如已受理的中國專利CN202010586242.9《一種多旋翼無人機PID調試及抗干擾測試裝置》等,上述控制算法均是在小范圍簡單擾動下設計的,抗干擾裝置結構比較簡單，應用比較局限,而且針對氣流干擾的研究非常少,已有的抗氣流干擾裝置也均是在簡單風擾下設計的,不能精準量化評估無人機位置抗氣流干擾的能力以及對無人機位置抗干擾能力進行測試分析。

近年來無人機安全飛行越發受到該領域的公司、研究人員、公眾和國家的重視，而外界風擾環境也一直是研究熱點，本發明設計的一套旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試分析平臺對無人機在大范圍氣流干擾強度下位置變化進行全面精準研究,能夠精確地量化無人機所受的氣流干擾，精確評估無人機位置的抗氣流干擾能力以及實現了無人機位置抗干擾控制一體化設計。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服了現有的僅依靠無人機位置控制環PID參數整定進行簡單擾動控制的缺陷，提供一種旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試系統，彌補現有的無人機位置抗氣流擾動控制研究的缺少與不足，通過研究各種氣流干擾模型的特性，并搭建氣流干擾仿真平臺和無人機抗氣流干擾實驗平臺，能夠精確地量化無人機所受的氣流干擾，精確評估無人機位置的抗氣流干擾能力以及實現無人機位置抗干擾控制一體化設計。

本發明的技術解決方案是：一種旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試系統，對各種氣流擾動建立精確的仿真模型，利用組態軟件精確地設置不同類型的氣流干擾的大小，利用仿真軟件對無人機位置抗氣流干擾的能力進行精確仿真分析評估，并利用試驗風場模擬設備構建無人機氣流擾動飛行環境，進行實際氣流擾動環境飛行實驗，實現無人機位置抗氣流干擾控制一體化設計。

如圖1所示，該系統包括氣流干擾生成系統(19)、氣流干擾仿真平臺(10)、和無人機抗氣流干擾實驗平臺(17)；三者分別從干擾生成、干擾仿真和實際干擾實驗三個方面構成了整個旋翼無人機位置抗氣流干擾能力量化評估與測試系統。

所述氣流干擾生成系統(19)，為氣流干擾仿真平臺(10)和無人機實驗平臺(17)生成不同類型和強度的氣流干擾，包括紊流干擾、陣風干擾、風切變干擾以及自定義干擾，進行無人機位置抗氣流干擾控制研究；