一种无人机在狭小区域内全自动迫降控制方法技术

本发明专利技术涉及一种无人机在狭小区域内全自动迫降控制方法，根据迫降区域的大小设置无人机的滚转角度，即根据此区域的最大可用半径计算出无人机的滚转角指令，利用盘旋控制律控制无人机在该可用区域内盘旋降高，并在该盘旋控制律中加入了积分控制，能够精确控制滚转角与其指令保持一致，保证无论飞机出现任何故障都能在此面积狭小的应急备降场地内迫降。这种方式不依靠操纵人员，可以避免因操纵手经验不足或者情况紧急导致的迫降失败，避免人员伤亡和公共财产的重大损失。公共财产的重大损失。公共财产的重大损失。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机在狭小区域内全自动迫降控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机控制
，更具体地说，是针对无人机在飞行中发动机出现故障无法飞回本场，只能在有限的狭小区域迫降的一种全自动控制策略。

技术介绍

[0002]目前绝大多数的中小型无人机在飞行中发动机出现故障无法返回本场正常降落时，一般的处理方式为：由地面控制站的操纵人员根据无人机所在位置进行判断，手动控制无人机至应急备降场地迫降。这种方式很大程度依赖操纵人员的经验和临机应变能力，一旦操纵手经验不足或者情况紧急难以决断时则很有可能迫降失败。尤其是当应急备降场地周围有村庄或者油库等重要公共设施，导致可用的备降区域面积狭小时，迫降难度增加，失败的可能性更大，此时无人机一旦迫降失败，降落在限定备降区域外，则很有可能造成人员伤亡或公共财产的重大损失。因此在这种面积狭小的有限区域迫降时，不能依赖操纵人员手动完成，必须使用自动迫降策略保证无人机降落在限定的区域内。因此迫切需要专利技术一种全自动迫降控制策略，当无人机出现故障不能飞回本场时，能够降落在狭小的应急备降场地内。

技术实现思路

[0003]要解决的技术问题
[0004]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种全自动迫降策略，当无人机发动机出现故障无法回到本场降落，而应急备降场地面积狭小的情况下，能够自动控制无人机安全降落在备降区域内。
[0005]技术方案
[0006]当无人机在飞行中出现发动机故障，导致无法提供动力时，首先根据当前飞机的高度和到本场的距离，利用无动力滑翔性能参数判断飞机是否能飞回本场，如果飞机当前高度过低无法返回本场，则计算是否能到达几个备用场地，优先选择最近的备用场地迫降。如果根据计算能到达的应急备降场地面积过于狭小，无法满足滑降要求，则选择以下控制策略：纵向控制律为定速控制，横侧向控制律为盘旋控制；在备降场地上空以此场地允许的可用半径盘旋降高，当高度降至安全飞行高度，横侧向控制律改为航迹跟踪控制，以飞机当前位置和备用场地中心的连线为航线，沿此航线朝备降场中心飞行，当高度低于5～10米改为纵向改为拉平控制，控制飞机降落至备降场地中心附近。具体控制律如下：
[0007]1、所述的定速滑翔控制律：
[0008]F_δ
e
＝k
θ
·
(θ
‑
θ
g
)+k
q
·
q
[0009]其中，θ
g
＝k
v
(v
a
‑
v
ag
)+k
i
∫(v
a
‑
v
ag
)dt，且|θ
‑
θ
g
|≤A0；
[0010]F_δ
e
为升降舵控制量；
[0011]k
θ
，k
q
，k
v
，k
i
为控制参数；
[0012]v
a
为实际空速，v
ag
为空速给定值，根据当前的重量计算：
[0013]C
L
为飞机的升力系数，ρ为空气密度，s机翼面积，G飞机重量，A1为安全系数；
[0014]2、盘旋控制律：
[0015]F_δ
a
＝k
φ
·
(φ
‑
φ
g
)+k
p
·
p+k
φi
×
∫(φ
‑
φ
g
)dt
[0016]F_δ
r
＝k
φdr
·
(φ
‑
φ
g
)+k
r
·
r+k
φi
×
∫(φ
‑
φ
g
)dt
[0017]其中，
[0018]F_δ
a
、F_δ
r
分别为副翼和方向舵控制量；
[0019]k
φ
，k
p
，k
φdr
，k
r
，k
φi
为控制参数；
[0020]φ为滚转角，p滚转角速率，r为偏航角速率；
[0021]φ
g
为滚转角指令，由备降场地大小确定，由以下公式计算得到：
[0022][0023]其中，R为迫降场地的最大可用半径，g为重力加速度，v
a
为空速；
[0024]3、拉平控制律：
[0025]F_δ
e
＝k
θ
·
(θ
‑
θ
g
)+k
q
·
q+δ
e_trim
[0026]其中，
[0027]F_δ
e
为升降舵控制量；δ
e_trim
为升降舵配平量；
[0028]k
θ
、k
q
、K
lp
为控制参数；
[0029]q俯仰角速率；θ俯仰角；H为高度；X为水平距离；
[0030]H
lp0
为指数拉平点高度；X
lp0
指数拉平距离；τ0为指数拉平参数；
[0031]4、航迹跟踪控制律：
[0032]F_δ
a
＝k
ψa
·
(ψ
‑
ψ
g
)+k
p
·
p+k
y
·
(y
‑
y
g
)+k
yi
·
∫(y
‑
y
g
)dt
[0033]F_δ
r
＝k
ψr
·
(ψ
‑
ψ
g
)+k
r
·
r+k
y
·
(y
‑
y
g
)+k
yi
·
∫(y
‑
y
g
)dt+k
β
·
β
[0034]其中，F_δ
a
、F_δ
r
分别为副翼和方向舵控制量；
[0035]ψ为航向角，y为侧向航迹，ψ
g
给定航线的航向角、y
g
给定侧向航迹；r为偏航角速率，β为侧滑角、p滚转角速率；
[0036]k
ψa
，k
p
，k
y
，k
ψr
，k
r
，k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机在狭小区域内全自动迫降控制方法，其特征在于设定定速滑翔控制律、盘旋控制律、拉平控制律和航迹跟踪控制律；所述的定速滑翔控制律：F_δ
e
＝k
θ
·
(θ
‑
θ
g
)+k
q
·
q其中，θ
g
＝k
v
(v
a
‑
v
ag
)+k
i
∫(v
a
‑
v
ag
)dt，且|θ
‑
θ
g
|≤A0；F_δ
e
为升降舵控制量；k
θ
，k
q
，k
v
，k
i
为控制参数；v
a
为实际空速，v
ag
为空速给定值，根据当前的重量计算：C
L
为飞机的升力系数，ρ为空气密度，s机翼面积，G飞机重量，A1为安全系数；所述的盘旋控制律：F_δ
a
＝k
φ
·
(φ
‑
φ
g
)+k
p
·
p+k
φi
×
∫(φ
‑
φ
g
)dtF_δ
r
＝k
φdr
·
(φ
‑
φ
g
)+k
r
·
r+k
φi
×
∫(φ
‑
φ
g
)dt其中，F_δ
a
、F_δ
r
分别为副翼和方向舵控制量；k
φ
，k
p
，k
φdr
，k
r
，k
φi
为控制参数；φ为滚转角，p滚转角速率，r为偏航角速率；φ
g
为滚转角指令，由备降场地大小确定，由以下公式计算得到：其中，R为迫降场地的最大可用半径，g为重力加速度，v
a
为空速；所述的拉平控制律：F_δ
e
＝k
θ
·
(θ
‑
θ

【专利技术属性】
技术研发人员：贾彩娟，荆鹏飞，景晨，王丹，何其之，张琳，肖佳伟，贾轶群，
申请(专利权)人：西安爱生技术集团有限公司，
类型：发明
国别省市：