一種無人機的非線性導航尋跡控制方法
2024-01-27 20:19:15
一種無人機的非線性導航尋跡控制方法
【專利摘要】本發明的無人機的非線性導航尋跡控制方法，其採用固定的導航控制周期，根據無人機的四種不同的飛行狀態及其偏離情況，得出導航角，從而根據導航角對無人機執行非線性的導航尋跡控制，確保在執行不同的航線飛行任務時，無人機都能根據不同航線的特點和當前偏離航線的程度，得到合適的導航角，使得無人機能夠更好地實現壓航線飛行，提高了對無人機導航控制的準確度，並且能夠通過調整導航尋跡控制中的相關參數，隨時根據無人機的飛行速度v進行動態調整，克服了現有技術中PID參數不能動態地進行調整的問題，提高了對無人機進行導航尋跡控制的靈活性。
【專利說明】一種無人機的非線性導航尋跡控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無人飛機系統(Unmanned Aerial Vehicle,簡稱UAV)自主導航的非線性導航尋跡控制方法，屬於飛行器導航控制方法領域，適用於無人飛機系統自主導航的控制方法和應用技術研究。
【背景技術】
[0002]無人駕駛飛機簡稱「無人機」，是利用無線電遙控遙測設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上安裝有導航飛行控制系統、程序控制裝置以及動力和電源等設備。地面遙控遙測站人員通過數據鏈等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和進行實時數據傳輸。與載人飛機相比，它具有適應多種飛行環境要求的特點，特別是可以承擔人力所不及的長航時飛行或高風險飛行，飛行航線和姿態控制精度高，可廣泛用於航空遙感、氣象研究、農業飛播和病蟲害防治中；在戰爭中更具有特殊的優勢，可廣泛用於空中偵察、監視、通信、反潛、電子幹擾和武器打擊等。
[0003]無人機的飛行控制器主要包括導航級和控制級，其中無人機導航級的基本任務是精確確定無人機載水平空間中的位置，解決飛機如何以預定空速飛行在預定高度的問題，以及如何轉彎飛往目標問題，通過算法給出飛機需要的俯仰角、油門和橫滾角，並使其能按預定航線飛行，然後交給控制級進行控制解算。線性的導航控制算法以被廣泛地應用於無人機飛行器中，例如:採用傳統的PID控制方法，根據偏航距(當前無人機的地理位置與預定的航跡路線的距離)計算飛機的導航角。在PID控制方法中，如果當前無人機繼續偏離預設的航線飛行時，導航角的比例項與積分項符號相同，增大積分項的運算，使得無人機更快地向預設的航線飛行；如果當前無人機靠近預設的航線飛行時，導航角的比例項與積分項的符號相反，阻礙了積分項的運算，減慢或停止無人機繼續向靠近預設航線的方向飛行，避免了積分超調或者無人機在預設的航線上振蕩的現象。
[0004]但是，傳統的PID算法仍具有以下不足之處:(I)在複雜的規劃航跡任務中由於偏航距的計算誤差較大，傳統的PID算法導航效果較差，壓航線效果較差，準確度不高。(2)由於PID算法是線性的，PID參數整定的過程中必然會遇到系統穩定性與準確性之間的矛盾，往往是取比例、積分和微分三部分控制作用的折衷，難於收到最佳的效果。並且，PID參數不能動態地進行調整，準確度不高。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在於提供一種無人機的非線性導航尋跡控制方法，用以提高對無人機導航控制的準確度，使得無人機能夠更好地實現壓航線飛行，解決現有技術中對無人機航線控制準確度不高的問題。
[0006]為解決上述技術問題，實現發明目的，本發明採用的技術方案如下:
[0007]一種無人機的非線性導航尋跡控制方法，其特徵在於，通過GPS定位實時地獲取當前無人機的地理位置和飛行方向，並以固定的導航控制周期執行導航尋跡控制；每當導航控制周期到達時，執行導航尋跡控制的步驟包括:
[0008](I)判斷當前的飛行模式，若當前飛行模式為盤旋式的飛行模式，執行步驟8 ;若當前飛行模式為直線式的飛行模式，執行步驟2 ；
[0009](2)確定目標距離La。，單次飛行距離L1 dist和航線偏離係數X ;所述目標距離Lac是指當前無人機的地理位置到預設的航線終點的地理位置之間的距離；所述單次飛行距離Lljist是指無人機在一個導航控制周期內飛行的距離；所述航線偏離係數X是指目標距離Lac在預設的直線式航線上的投影和目標距離Lac之間的比值；
[0010]所述單次飛行距離L1 dist按下式確定:
[0011 ]
【權利要求】
1.一種無人機的非線性導航尋跡控制方法，其特徵在於，通過GPS定位實時地獲取當前無人機的地理位置和飛行方向，並以固定的導航控制周期執行導航尋跡控制；每當導航控制周期到達時，執行導航尋跡控制的步驟包括: (1)判斷當前的飛行模式，若當前飛行模式為盤旋式的飛行模式，執行步驟8;若當前飛行模式為直線式的飛行模式，執行步驟2 ; (2)確定目標距離La。，單次飛行距離Lldist和航線偏離係數X ;所述目標距離La。是指當前無人機的地理位置到預設的航線終點的地理位置之間的距離；所述單次飛行距離L1 dist是指無人機在一個導航控制周期內飛行的距離；所述航線偏離係數X是指目標距離La。在預設的直線式航線上的投影和目標距離Lac之間的比值； 所述單次飛行距離Ll dist按下式確定:
2.如權利要求1所述的無人機的非線性導航尋跡控制方法，其特徵在於，所述導航控制周期Luraiml的取值範圍為10~50ms ;所述阻尼係數L1 d_ng的取值範圍為0.6~I。
3.如權利要求2所述的無人機的非線性導航尋跡控制方法，其特徵在於，當所述導航控制周期Luraitxl每改變1ms，所述阻尼係數L1 damping的值相應地改變0.05。
【文檔編號】G05D1/10GK103728981SQ201410041862
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月28日 優先權日:2014年1月28日
【發明者】黃鴻, 曲煥鵬, 梁爽, 謝吉海 申請人:重慶大學