一種無人直升機高精度位置保持控制方法
2023-06-09 04:55:06
一種無人直升機高精度位置保持控制方法
【專利摘要】一種無人直升機高精度位置保持控制方法，屬於無人直升機飛行控制【技術領域】，其特徵在於，包括如下步驟：根據位置偏差，當位置偏差超過門限值XI時，採用人工遙調方式；當位置偏差在門限值XI和X2之間時，採用自動配平方式；當位置偏差小於門限值X2時，採用高精度位置反饋控制方式；通過自動配平可將位置偏差控制在X2範圍內，採用基於非線性PID控制器反饋控制方法，給出了位置控制律。本發明對穩定風場和紊流場具有較強的適應能力，本發明給出的位置控制律，在位置偏差進入一定區域後，隨著偏差的降低，控制增益提高，保證控制精度，同時相角超前增大，彌補因增益提高導致的相角裕度損失，保證穩定性。
【專利說明】一種無人直升機高精度位置保持控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於無人直升機飛行控制【技術領域】，涉及一種無人直升機在懸停狀態下的 位置保持的方法。
【背景技術】
[0002]無人直升機在受限平臺（大廈停機坪、艦船甲板等）下進行自動著陸時，對位置控 制精度有極高的要求。ADS-33直升機飛行品質規範中對位置控制精度也有明確的規定。現 代控制方法雖然能達到比傳統控制更優越的性能，但是其設計方法必須以準確的對象數學 模型為依據，而直升機由於其複雜的動力學特性，難以建立準確的數學模型。
[0003] 因此，以物理概念為依據，不追求模型準確的控制方法是為當前無人直升機飛行 控制所推崇的，基於PID控制器的反饋控制方法也正是因為這些特性在飛行控制領域得到 了廣泛的應用。但是，常規的基於PID控制器的反饋控制方法由於控制功效的限制難以滿 足複雜環境下進行高精度位置控制的需求。在某樣例無人直升機中已經驗證過，僅僅依靠 基於PID控制器的反饋控制方法難以抑制高速變化的風場，如突風和紊流風，並且在常值 風的幹擾下，樣例無人直升機會存在固定的位置偏差。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是：解決懸停狀態下抗風擾動的問題，對高頻風和低頻風具有較強 的適應能力，提高無人直升機位置保持的精度。
[0005] 本發明的技術方案：無人直升機自身動態特性及外界環境的影響，決定其難以提 高控制精度，在常規控制下，為了提高控制精度，一方面可提高積分權限，以產生足夠的控 制量來平衡風場；另一方面可提高位置控制增益，減小位置偏差。但是一味增大積分權限會 帶來隱患，其累積和釋放過程非常緩慢，難以適應飛行狀態的變化（如懸停迴轉）。提高位 置控制增益可增強位置控制能力，提高控制增益，但控制增益的調節區間有限，否則容易誘 發震蕩。結合安全性和抗風能力的需求，提出了以下的控制方案。
[0006] 控制方案：該控制方案如【專利附圖】
【附圖說明】中圖1所示。其中XI、X2為高精度位置控制分 段控制模式的切入判斷條件。XI為人工遙調控制方式和自動配平方式的分界點，X2為自動 配平方式和高精度位置反饋控制方式的分界點；一般設定Π 為無人直升機以著陸點為圓 心的可安全著陸區域的半徑，X2為以著陸點為圓心的最佳著陸區域的半徑。
[0007] 一種無人直升機高精度位置保持控制方法，其特徵在於，包括如下步驟：
[0008] 第一，根據位置偏差，當位置偏差超過門限值XI時，採用人工遙調方式；
[0009] 第二，當位置偏差在門限值XI和X2之間時，採用自動配平方式；
[0010] 第三，當位置偏差小於門限值X2時，採用高精度位置反饋控制方式；
[0011] 通過自動配平可將位置偏差控制在X2範圍內，採用基於非線性PID控制器反饋控 制方法，位置控制律為：
[0012]
【權利要求】
1. 一種無人直升機高精度位置保持控制方法，其特徵在於，包括如下步驟： 第一，根據位置偏差，當位置偏差超過門限值XI時，採用人工遙調方式； 第二，當位置偏差在門限值XI和Χ2之間時，採用自動配平方式； 第二，當位置偏差小於門限值Χ2時，米用1?精度位直反饋控制方式； 通過自動配平可將位置偏差控制在X2範圍內，採用基於非線性PID控制器反饋控制方 法，位置控制律為： = K,sign(M：) -γ l+Mvx. - Δ?ζ 網:>.￥ ..I ? ： 3(1-*) δζ+^4 m a a 0<?<1 。
2. 根據權利要求1所述的無人直升機尚精度位置保持控制方法，其特徵在於，所述位 置控制律傳遞函數為： ￠^) ..4Y < :減 )
【文檔編號】G05D1/10GK104216415SQ201410425024
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】闞兆成, 曾國貴, 廖智麟, 王娟, 王剛強, 黨少飛 申請人:中國直升機設計研究所