[發明專利]一種無人機撞繩回收航跡控制方法及控制系統

在審

• 申請號: 202210239726.5
• 申請日: 2022-03-12
• 公開（公告）號: CN114721411A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張劍鋒;賈彩娟;侯泊江;孫哲芃;杜娟;王朋飛;高朋飛
• 申請（專利權）人: 西安愛生技術集團有限公司;西北工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種無人機撞繩回收航跡控制方法及控制系統，提出一種基于側滑增穩的自適應航跡控制方法，在側風對無人機機體運動產生實質性影響之前就能進行預判，并采取抑制措施，提高在側風干擾下的航跡控制靈敏度與控制精度，實現在嚴苛時間窗口約束條件下的高精度航跡控制，提高無人機撞繩成功率，降低回收損傷概率。本發明提出的航跡控制方法，能夠大幅提高一次撞繩成功率，實現機翼撞繩點精確控制，有效避免因風場干擾下控制精度降低導致的撞繩損傷以及頻繁復飛帶來的時間與燃料成本增加。

技術領域

本發明屬于無人機控制技術領域，涉及一種無人機撞繩回收航跡控制方法及控制系統，更具體地說，是針對天鉤回收型無人機在回收階段通過自適應抗側風航跡控制律實現高精度撞繩回收的方法。

背景技術

天鉤回收型無人機因兼具場地適應性好與任務裝載量大的特點在中小型無人機上得到了越來越多的應用。然而相比其他起降形式的無人機來說，其在撞繩回收過程對航跡的控制要求要嚴苛的多。一般來說，航跡控制精度要求在單邊機翼長度的二分之一以內。目前的航跡控制多采用PID控制或L1航跡控制方法，這些方法在氣流平穩的環境下基本能夠滿足要求，但在有較大側風干擾時控制效果就很難滿足回收要求了，尤其在距離撞繩點很近的位置有突風干擾時，現有控制方法很難在極短的時間約束下保持滿足要求的航跡控制精度。因此迫切需要發明一種能夠對較大側風自適應抑制的航跡控制方法，以在氣流不穩定的約束情況下實現高精度的航跡控制，提高撞繩成功率，降低回收風險。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種無人機撞繩回收航跡控制方法及控制系統，解決天鉤回收無人機在撞繩回收時航跡易受側風影響導致撞繩成功率低、回收損傷風險大的問題。

技術方案

一種無人機撞繩回收航跡控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：當天鉤回收無人機進入回收模態后，無人機從當前高度下滑到撞繩高度，并在此高度上對準預期撞繩點進行定高與保持航跡飛行，橫側向控制律為側滑增穩約束下的航跡控制；

當無人機飛行至距捕獲繩一定距離的決策窗口時，自動判斷高度偏差、速度偏差以及航跡偏差是否滿足窗口要求，任意一個要素不滿足要求則退出回收模態，復飛后再次進入回收；

步驟2：如果所有要素均滿足窗口要求，則無人機繼續保持定高、航跡控制飛行，直到機翼撞到繩索；

在此期間，無人機橫側向控制律為側滑增穩約束下的航跡控制。無人機撞上繩索后，繩索沿機翼前緣滑至翼尖，并由翼尖處的金屬鉤鎖住繩索；此時，發動機停止工作，無人機在繩索的作用下減速、回擺，直到最后停止，從而實現無人機的天鉤回；

所述航跡控制律：

δ_r＝k_rψ×Δψ+k_r×r+k_ry×Δy+k_β×β

其中δ_a為副翼控制量；為無人機滾轉角偏差量；p為滾轉角速率；Δψ為航向角偏差量；Δy為側向航跡偏差量；為滾轉角放大系數；k_p為滾轉角速率放大系數；k_aψ為副翼對航向角控制的放大系數；k_ay為副翼對側向航跡偏差控制的放大系數；k_yi為側向航跡偏差積分控制系數；

δ_r為方向舵控制量；r為航向角速率；β為側滑角；k_rψ為方向舵對航向角控制的放大系數；k_r為航向角速率放大系數，k_ry為方向舵對側向航跡偏差控制的放大系數；k_β為側滑角反饋放大系數。