專利名稱：一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)及操縱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)及操縱方法，屬于無人直 升機(jī)飛行控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從直升機(jī)執(zhí)行的任務(wù)來看，將直升機(jī)穩(wěn)定在給定高度上飛行是非常必要的。因此 用于直升機(jī)的自動(dòng)駕駛儀一般都具有第四個(gè)通道即高度通道，用于控制穩(wěn)定直升機(jī)的飛行尚度。共軸式無人直升機(jī)飛行高度的控制穩(wěn)定在國(guó)內(nèi)仍屬空白，本發(fā)明提供了一種共軸 式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)行了綜合性的技術(shù)設(shè)計(jì)考慮，使得控制效果 良好1)設(shè)計(jì)了原理如圖2所示的低高度信號(hào)產(chǎn)生電路，使系統(tǒng)可以在無線電高度參數(shù)和 氣壓高度參數(shù)之間根據(jù)需要自動(dòng)進(jìn)行切換。并將切換高度設(shè)置成兩個(gè)，可以減少由于氣動(dòng) 干擾或地形高低的變化所引起的系統(tǒng)在兩種高度參數(shù)之間的頻繁切換。同時(shí)，當(dāng)無線電高 度表損壞時(shí)可以自動(dòng)切換到采用氣壓高度參數(shù)；2)在控制規(guī)律中計(jì)入了高度差、速度差的 積分環(huán)節(jié)，可以減少直升機(jī)在給定高度上下的波動(dòng)，使直升機(jī)能更快地穩(wěn)定在給定的飛行 高度；3)在控制規(guī)律中計(jì)入了“航向補(bǔ)償”，可以減小航向操縱對(duì)共軸式直升機(jī)升力的影 響；4)在自動(dòng)升降過程中加入了限幅，可以自動(dòng)限制升降速度，保證直升機(jī)不進(jìn)入渦環(huán)狀 態(tài)；5)設(shè)計(jì)了原理如圖3所示的總距跟蹤電路，可以減小飛行控制模態(tài)切換對(duì)系統(tǒng)的沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明在常規(guī)直升機(jī)與其他飛機(jī)飛行高度控制穩(wěn)定方法的基礎(chǔ)上， 針對(duì)共軸式無人直升機(jī)高度控制穩(wěn)定的特殊性，提供了一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制 穩(wěn)定系統(tǒng)及其操縱方法，它使該共軸式無人直升機(jī)在自主穩(wěn)高模態(tài)飛行時(shí)能自動(dòng)到達(dá)并穩(wěn) 定在給定的飛行高度。2、技術(shù)方案(一 )本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，它是由無線電高度表、 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、總距舵機(jī)和設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板四大部分組成。它們之間的位置連接關(guān)系 為設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板安裝在自動(dòng)駕駛儀盒子中，自動(dòng)駕駛儀盒子、無線電高度表和大氣數(shù) 據(jù)計(jì)算機(jī)安裝在直升機(jī)的設(shè)備架上，總距舵機(jī)安裝在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的舵機(jī)架上，無線電 高度表和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出端分別通過電纜連接到設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板的輸入端，而設(shè) 計(jì)的穩(wěn)高線路板的輸出端則通過電纜連接到總距舵機(jī)的輸入端。該系統(tǒng)的基本原理是將采集的直升機(jī)高度信號(hào)(無線電高度或氣壓高度)與地 面給定高度進(jìn)行比較、轉(zhuǎn)換、放大，按照設(shè)計(jì)的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，再以 該控制量去驅(qū)動(dòng)總距舵機(jī)來改變旋翼的槳距，從而改變旋翼的拉力，以達(dá)到穩(wěn)定直升機(jī)飛 行高度的目的，其連接關(guān)系與原理框架如圖1所示。所述無線電高度表采用北京東林合眾通訊技術(shù)公司的BG-T(0. 3)小型無線電高度計(jì)，它所測(cè)數(shù)據(jù)為無線電高度和升降速度，其輸出為O 12V的高度模擬電壓和-10 +IOV的速度模擬電壓，測(cè)高范圍為0 300m，升降速度測(cè)量范圍為-10 +10m/S ；所述大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采用太原航空儀表有限公司的XSC-13B小型大氣數(shù)據(jù)計(jì)算 機(jī)，它所測(cè)數(shù)據(jù)為氣壓高度和升降速度，其輸出為-0. 667 +IOV的氣壓高度模擬電壓 和-10 +IOV的速度模擬電壓，測(cè)高范圍為-400 6000m，升降速度測(cè)量范圍為-10 +10m/s ；所述總距舵機(jī)采用北京敬業(yè)電工有限公司北微微電機(jī)廠的70LCX-1稀土永磁式 直流力矩測(cè)速機(jī)組，并加入相應(yīng)的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路(參考《電機(jī)控制專用集成電路》，譚 建成主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 01)組裝而成。它的功能是通過自動(dòng)傾斜器帶動(dòng)變距拉桿 改變旋翼的槳距，從而改變旋翼的拉力，以達(dá)到穩(wěn)定直升機(jī)高度的目的。所述穩(wěn)高線路板是該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)部分，它安裝在自動(dòng)駕駛儀盒子當(dāng)中，輸入 端采集無線電高度表或大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)傳輸過來的高度與升降速度數(shù)據(jù)，輸出端則將最終 得到的總距控制量傳送到總距舵機(jī)。該穩(wěn)高線路板采用模擬電路設(shè)計(jì)，它包含五項(xiàng)功能電 路①低高度信號(hào)產(chǎn)生電路；②數(shù)據(jù)采集與融合電路；③自主穩(wěn)高控制規(guī)律計(jì)算電路 ’④總 距跟蹤電路；⑤航向補(bǔ)償及綜合電路。其中，②數(shù)據(jù)采集與融合電路、③自主穩(wěn)高控制規(guī)律 計(jì)算電路以及⑤航向補(bǔ)償及綜合電路都是現(xiàn)有許多集成電路書籍(參考《新編電子電路大 全第2卷通用模擬電路》，中國(guó)計(jì)量出版社組編，/中國(guó)計(jì)量出版社組編)上常見的，故后面 只對(duì)該系統(tǒng)中的穩(wěn)高線路板的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)(即上列①和④)進(jìn)行詳細(xì)介紹。(1)低高度信號(hào)產(chǎn)生電路及兩種高度參數(shù)之間的選擇切換無線電高度參數(shù)與氣壓高度參數(shù)間的切換，由設(shè)計(jì)的低高度信號(hào)產(chǎn)生電路采集直 升機(jī)的無線電高度參數(shù)來控制。低高度信號(hào)產(chǎn)生電路圖如圖2所示，該電路由由兩個(gè)運(yùn)算 放大器仏、U2、7個(gè)固定電阻R” R2、R3、R4、R5、R6、R7和3個(gè)二極管D1, D2、D3組成；電路連接方 式為=Dp R6并聯(lián)后與U1的反相端連接，U1的輸出端與反相端之間接入電阻R7組成反相加 法運(yùn)算電路。D2、R1并聯(lián)后與U2的反相端連接，U2的輸出經(jīng)電阻R4接到U2的同向端，電阻 R3接在U2的同相端和地之間，電阻R2接在U2的同相端和+12V之間，U2的輸出端經(jīng)D3輸出 低高度信號(hào)，電阻R5接在輸出的低高度信號(hào)與地之間，用于拉高輸出電壓。其中，運(yùn)算放大器U1J2的型號(hào)是LM158 ；其中，7個(gè)固定電阻 R” R2> R3> R4> R5> R6> R7 的電阻值分別是:10k、50k、350k、300k、 50k、200k 和 IM ；其中，3個(gè)二極管Dp D2、D3的型號(hào)是1N5819當(dāng)U2的反向端(無線電高度參數(shù)由⑶端經(jīng)R1輸入)電壓小于同向端電壓時(shí)，輸 出端電壓為正飽和電壓E+，DGDXH(低高度信號(hào))端輸出的低高度信號(hào)為高電平，穩(wěn)高系統(tǒng) 使用無線電高度參數(shù)。反之，輸出端電壓為負(fù)飽和電壓E_，DGDXH端輸出的低高度信號(hào)為低 電平，穩(wěn)高系統(tǒng)使用氣壓高度參數(shù)。開始直升機(jī)高度較低，U2的輸出端輸出E+，此時(shí)U2的同向端電壓較大V+max = (12/R2+E./R4)R (1)式中R是圖2中R2、R3、R4的并聯(lián)電阻。當(dāng)直升機(jī)高度高于切換高度時(shí)，U2的輸出 端輸出E-，此時(shí)因E-是負(fù)電壓，所以U2的同向端電壓較小V+min= (12/R2+E_/R4)R (2)
選定合適的電阻阻值，就可使V+max = IlV (對(duì)應(yīng)高度為H2 = 275m時(shí)經(jīng)由⑶端輸入的電壓)V+min = 8V (對(duì)應(yīng)高度為H1 = 200m時(shí)經(jīng)由⑶端輸入的電壓)。如果無線電高度表出故障，則GDBSH(無線電高度表損壞報(bào)警信號(hào))端電壓 為-15V (平時(shí)為零)，U1會(huì)輸出E+，大于V+max，此時(shí)，DGDXH端輸出的低高度信號(hào)為低電平，穩(wěn) 高系統(tǒng)就使用氣壓高度參數(shù)。設(shè)定直升機(jī)飛行中高度參數(shù)選擇的兩個(gè)切換高度為H1 < H2,則直升機(jī)高度低于H1 時(shí)，低高度信號(hào)為高電平，系統(tǒng)使用無線電高度參數(shù)；高于H2時(shí)，低高度信號(hào)為低電平，系統(tǒng) 使用氣壓高度參數(shù)。直升機(jī)在H1-H2之間使用何種高度參數(shù)穩(wěn)高，與此前直升機(jī)的高度狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)直 升機(jī)由低于H1處上升時(shí)，要超過H2,系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)用氣壓高度參數(shù)，從超過H2處下降時(shí)，要低 于H1，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)用無線電高度參數(shù)。這樣，因?yàn)橹鄙龣C(jī)升降速度的限制，即使發(fā)生較大的 氣動(dòng)干擾或地形高低的變化，直升機(jī)在無線電高度參數(shù)和氣壓高度參數(shù)間的切換周期也會(huì) 超過30s，避免了頻繁切換的問題。H1, H2可以根據(jù)實(shí)際直升機(jī)進(jìn)行調(diào)試選擇，對(duì)于該共軸式直升機(jī)分別選為200m， 275m。(2)總距跟蹤電路高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)從遙控模態(tài)切換到自主穩(wěn)高模態(tài)時(shí)，為了減小切換對(duì)系統(tǒng)的沖 擊，在切換的瞬間，要求穩(wěn)定高度通道經(jīng)由U2輸出端輸出的電壓V。應(yīng)等于遙控電壓給出的 SH，為此，設(shè)置了總距跟蹤電路，如圖3所示。該電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器U/、U2’、5個(gè)固定 電阻1 、1 8、1 9、1 1(1、1 11、1個(gè)電容(和1個(gè)繼電器(含兩組單刀雙擲開關(guān)J1、J2)組成；電路連 接方式為開關(guān)J1的X經(jīng)過電阻R1接到Vh端，開關(guān)J1的Y經(jīng)過電阻R接到Vz端，開關(guān)J1的 0與U/的反向端相接，U/的輸出端經(jīng)過電容C接到的U/反向端，U/的輸出端經(jīng)串聯(lián)后 的R8和R9接到Vh端，U/的輸出端經(jīng)電阻R10接到U2'的反向端，U2'的輸出端與反相端之 間接入電阻R11組成反相加法運(yùn)算電路，U2'的輸出端與開關(guān)J2的Y相接，開關(guān)J2的X接到 Vh端，開關(guān)J1的0接到δΗ端。其中，運(yùn)算放大器U/、U/的型號(hào)是LM158 ；其中巧個(gè)固定電阻! 、!^、!^、!^、!^的電阻值分別是:300k、10k、10k、50k、50k ；其中，1個(gè)電容C的電容量是2. 2u其中，1個(gè)繼電器(含Λ、J2兩組開關(guān))的型號(hào)是JRC-5M圖3 中R9/R8 = R10/RnJ1和J2是一個(gè)繼電器的兩組單刀雙擲開關(guān)，O-X接通時(shí)，系統(tǒng)處于遙控模態(tài)，遙控 電壓經(jīng)O-X去控制δΗ，此時(shí)，u2，的O端輸出電壓V0 = VhZ(^T1S) (3)式中，時(shí)間常數(shù)T1 = 0. 022s，在遙控電壓Vh變化的時(shí)間常數(shù)大于T1時(shí)，有V。 VH。O-Y接通時(shí)，系統(tǒng)處于自主穩(wěn)高模態(tài)，自主穩(wěn)定高度的控制電壓經(jīng)O-Y去控制δΗ， 驅(qū)動(dòng)總距舵機(jī)使得直升機(jī)穩(wěn)定在給定飛行高度。( 二)本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)的操縱方法，它是一種 直升機(jī)飛行高度的自動(dòng)控制方法，具體步驟如下
步驟一在地面控制站執(zhí)行“自主穩(wěn)高/遙控模態(tài)切換”指令，使直升機(jī)切換到自主穩(wěn)高飛行模態(tài)，并發(fā)送給定飛行高度。當(dāng)需要使直升機(jī)從遙控模態(tài)向自主穩(wěn)高飛行模態(tài)切換時(shí)，可以直接執(zhí)行“自主穩(wěn) 高/遙控模態(tài)切換”的操作，因?yàn)樽灾鞣€(wěn)高控制電壓通過“總距跟蹤電路”始終跟隨遙控電 壓，當(dāng)直升機(jī)接收到地面控制站發(fā)出的“自主穩(wěn)高/遙控模態(tài)切換”指令，即可通過高度控 制穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙控向自主穩(wěn)高模態(tài)的平緩切換，將直升機(jī)自動(dòng)穩(wěn)定在給定高度上飛行。步驟二 系統(tǒng)采集無線電高度表與大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的高度與升降速度參數(shù)， 并通過遙控遙測(cè)設(shè)備讀取地面控制站發(fā)出的給定飛行高度參數(shù)。步驟三由低高度信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)行判斷，是用無線電高度參數(shù)，還是用氣壓高度 參數(shù)。當(dāng)直升機(jī)飛行高度低于H1時(shí)，低高度信號(hào)為高電平，系統(tǒng)使用無線電高度參數(shù)；高 于吐時(shí)，低高度信號(hào)為低電平，系統(tǒng)使用氣壓高度參數(shù)。直升機(jī)在H1-H2之間使用何種高度 參數(shù)穩(wěn)高，與此前直升機(jī)的高度狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)直升機(jī)由低于H1處上升時(shí)，要超過H2,系統(tǒng)才 會(huì)轉(zhuǎn)用氣壓高度參數(shù)，從超過H2處下降時(shí)，要低于H1，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)用無線電高度參數(shù)。H1, H2為設(shè)定的兩個(gè)切換高度，可以根據(jù)實(shí)際直升機(jī)進(jìn)行調(diào)試選擇，對(duì)于該共軸式 直升機(jī)分別選為200m，275m。步驟四系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的自主穩(wěn)高控制規(guī)律，將采集到的高度、升降速度與給定飛 行高度代入進(jìn)行計(jì)算，得到自主穩(wěn)高的控制電壓Vz，再加上對(duì)航向的補(bǔ)償即為總距舵機(jī)的 控制量SH。(1)自主穩(wěn)高控制規(guī)律設(shè)計(jì)為1)在低高度時(shí)控制規(guī)律為<formula>formula see original document page 8</formula>2)在高高度時(shí)控制規(guī)律為<formula>formula see original document page 8</formula>其中，δ Η為總距舵機(jī)控制量；Syl為航向舵機(jī)控制量；ΚΔ為高度差與升降速度的比例系數(shù)，ΚΔ = 25s ；Kuyl為偏航角速度傳動(dòng)系數(shù)，Kuyl = 1 ；Δ Hk為相對(duì)給定高度的無線電高度差(Hks-Hk)；He為無線電高度表提供的高度(無線電高度)；Hes為給定相對(duì)高度；Hev為無線電高度表提供的升降速度(無線電升降速度)；Δ Hb為相對(duì)給定高度的氣壓高度差(Hbs-Hb)；Hb為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供的高度(氣壓高度)；Hbs為給定氣壓高度；Hbv為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供的升降速度(氣壓升降速度)；T1, T2 為時(shí)間常數(shù)，T1 = 2. 31s、T2 = 0. 77s ；S為微分算子。式(4) (5)中都計(jì)入了高度差、速度差的積分環(huán)節(jié)，可以減少直升機(jī)在給定高度上下的波動(dòng)，使直升機(jī)能更快地穩(wěn)定在給定的飛行高度；式(4) (5)都考慮了“航向補(bǔ) 償”，可以減小航向操縱對(duì)共軸式直升機(jī)升力的影響。(2)系統(tǒng)的最大升降速度限制與高度調(diào)節(jié)計(jì)算δ ,時(shí)，需對(duì)高度差八壓和ΔΗΚ進(jìn)行限幅，上升時(shí)高度差的最大限幅值是 165m，對(duì)應(yīng)6. 6m/s的上升速度。即當(dāng)高度差超過165m時(shí)，公式中的八壓和Δ Hk仍使用 高度差為165m時(shí)的值。此時(shí)，如果上升速度大于6. 6m/s，則(KΔ AHb-Hbv)或(ΚΔ Δ He-Hev) 為負(fù)值，δ Η的變化，將使總距減小，使上升速度減慢；如果上升速度小于6. 6m/s,則 (ΚΔ AHb-Hbv)或(ΚΔ Δ Hk-Hkv)為正值，δ Η的變化，將使總距增大，使上升速度加快。也就是 說，當(dāng)高度差超過165m時(shí)，系統(tǒng)將使直升機(jī)的上升速度穩(wěn)定在6. 6m/s。直升機(jī)下降時(shí)，最大限幅值為75m，對(duì)應(yīng)的最大下降速度為3m/s。如果高度差小于165m，則相應(yīng)的上升速度的穩(wěn)定值也變小，當(dāng)高度差為零時(shí)，如果 升降速度大于零，則(ΚΔ Δ Hb-Hbv)或(ΚΔ Δ Hk-Hkv)為負(fù)值，δ Η的變化將使總距減小，使上升 速度減??；如果升降速度小于零，則(ΚΔ AHb-Hbv)或(ΚΔ AHe-Hev)為正值，δ Η的變化將使總 距增大，使上升速度增大?？傊?，當(dāng)高差為零時(shí)，系統(tǒng)也將使升降速度為零。通過這樣的調(diào) 節(jié)，達(dá)到使直升機(jī)的飛行高度穩(wěn)定在給定值附近的目的。步驟五將直升機(jī)切換到手動(dòng)遙控操縱直升機(jī)的飛行高度。直升機(jī)飛行高度的控制還可以通過手動(dòng)遙控操縱“總距操縱桿”來進(jìn)行，當(dāng)直升機(jī) 需要從自主穩(wěn)高飛行模態(tài)向遙控模態(tài)切換時(shí)，緩慢地操縱“總距操縱桿”，觀察地面遙測(cè)的 總距對(duì)表值，當(dāng)遙控電壓與自主穩(wěn)高控制電壓基本相等時(shí)，則可進(jìn)行自主穩(wěn)高向遙控模態(tài) 切換的操作，切換成功后，直升機(jī)的總距控制即轉(zhuǎn)為通過手動(dòng)操縱“總距操縱桿”來進(jìn)行遙 控。遙控工作模態(tài)時(shí)，控制規(guī)律為=KhVh+KH/y,(6)其中，δ H為總距舵機(jī)控制量；Syl為航向舵機(jī)控制量；Vh為遙控電壓值；Kh為總距遙控值的傳動(dòng)系數(shù)，Kh = 1 ；Kay為總距對(duì)航向的補(bǔ)償系數(shù)，KHy = 1。3、優(yōu)點(diǎn)及功效(1)本發(fā)明考慮共軸式無人直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)的特殊性，采用了“氣壓定高”與“無線 電定高”相結(jié)合的方案，在低高度時(shí)用“無線電定高”，高高度是用“氣壓定高”。如果切換高 度只有一個(gè)，而直升機(jī)的穩(wěn)定高度給定值恰在切換高度附近，則由于氣動(dòng)干擾或地形高低 的變化，會(huì)造成系統(tǒng)頻繁地在無線電高度參數(shù)和氣壓高度參數(shù)間切換。為此，設(shè)計(jì)了如圖2 所示低高度信號(hào)產(chǎn)生電路，將切換高度設(shè)置成兩個(gè)。這樣可以減少系統(tǒng)在兩種高度參數(shù)之 間的頻繁切換，同時(shí)，當(dāng)無線電高度表損壞時(shí)還能自動(dòng)切換到使用氣壓高度參數(shù)。(2)本發(fā)明在控制規(guī)律中計(jì)入了高度差、速度差的積分環(huán)節(jié)，減少了直升機(jī)在給定 高度上下的波動(dòng)，使直升機(jī)能更快地穩(wěn)定在給定的飛行高度；(3)本發(fā)明在控制規(guī)律中計(jì)入了 “航向補(bǔ)償”，可以很大程度地減小航向操縱對(duì)共 軸式直升機(jī)升力的影響；
(4)本發(fā)明在直升機(jī)自動(dòng)升降過程中加入了限幅，這樣可以自動(dòng)限制升降速度，保 證直升機(jī)不進(jìn)入渦環(huán)狀態(tài)；(5)本發(fā)明設(shè)計(jì)了如圖3所示的總距跟蹤電路，為了在直升機(jī)從遙控模態(tài)切換到 穩(wěn)定高度模態(tài)的瞬間，使得高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)計(jì)算輸出的控制電壓與遙控電壓給出的控制 量相等，這樣可以減小飛行控制模態(tài)切換對(duì)系統(tǒng)的沖擊。本發(fā)明考慮了共軸式無人直升機(jī)自身及飛行環(huán)境的多方面因素，設(shè)計(jì)了一套實(shí)用 的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)及操縱方法，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)及操縱方法對(duì)共軸式無人直升機(jī)飛行 高度的穩(wěn)定有很好的控制效果。


圖1系統(tǒng)的連接關(guān)系與原理框架2低高度信號(hào)產(chǎn)生電路原理3總距跟蹤電路原理中符號(hào)說明如下Vh遙控電壓；δ Η總距操縱量；Vz自主穩(wěn)高的控制電壓；GDBSH無線電高度表損壞報(bào)警信號(hào)；GD無線電高度；D⑶XH低高度信號(hào)；仏、隊(duì)、仏’、隊(duì)，運(yùn)算放大器；Λ、J2繼電器的兩組單刀雙擲開關(guān)。
具體實(shí)施例方式(一)見圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)， 它是由無線電高度表、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板和總距舵機(jī)四大部分組成。它們 之間的位置連接關(guān)系為設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板安裝在自動(dòng)駕駛儀盒子中，自動(dòng)駕駛儀盒子、無 線電高度表和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)安裝在直升機(jī)的設(shè)備架上，總距舵機(jī)安裝在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 的舵機(jī)架上，無線電高度表和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出端分別通過電纜連接到穩(wěn)高線路板的 輸入端，而穩(wěn)高線路板的輸出端則通過電纜連接到總距舵機(jī)的輸入端。系統(tǒng)的基本原理是將采集的直升機(jī)高度信號(hào)(無線電高度或氣壓高度)與地面給 定高度進(jìn)行比較、轉(zhuǎn)換、放大，按照設(shè)計(jì)的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，再以該控 制量去驅(qū)動(dòng)總距舵機(jī)來改變旋翼的槳距，從而改變旋翼的拉力，以達(dá)到穩(wěn)定直升機(jī)高度的 目的，其連接關(guān)系與原理框架如圖1所示。所述無線電高度表采用北京東林合眾通訊技術(shù)公司的BG-T(0. 3)小型無線電高 度計(jì)，它所測(cè)數(shù)據(jù)為無線電高度和升降速度，其輸出為0 12V的高度模擬電壓和-10 +IOV的速度模擬電壓，測(cè)高范圍為0 300m，升降速度測(cè)量范圍為-10 +10m/S ；所述大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采用太原航空儀表有限公司的XSC-13B小型大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)，它所測(cè)數(shù)據(jù)為氣壓高度和升降速度，其輸出為-0. 667 +IOV的氣壓高度模擬電壓 和-10 +IOV的速度模擬電壓，測(cè)高范圍為-400 6000m，升降速度測(cè)量范圍為-10 +10m/s ；所述設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板是該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)部分，它安裝在自動(dòng)駕駛儀盒子當(dāng) 中，輸入端采集無線電高度表或大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)傳輸過來的高度與升降速度數(shù)據(jù)，輸出端則將最終得到的總距控制量傳送到總距舵機(jī)。該板采用模擬電路設(shè)計(jì)，主要包含五項(xiàng)功能 ①低高度信號(hào)產(chǎn)生；②數(shù)據(jù)融合；③自主穩(wěn)高控制規(guī)律計(jì)算；④總距跟蹤；⑤航向補(bǔ)償及綜 合電路，技術(shù)方案中對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)高線路板的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)考慮及其電路實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，并列出了自主穩(wěn)高控制規(guī)律的計(jì)算公式。所述總距舵機(jī)采用北京敬業(yè)電工有限公司北微微電機(jī)廠的70LCX-1稀土永磁式 直流力矩測(cè)速機(jī)組，并加入相應(yīng)的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路組裝而成。它的功能是通過自動(dòng)傾斜 器帶動(dòng)變距拉桿改變旋翼的槳距，從而改變旋翼的拉力 ，以達(dá)到穩(wěn)定直升機(jī)高度的目的。(1)低高度信號(hào)產(chǎn)生電路及兩種高度參數(shù)之間的選擇切換無線電高度參數(shù)與氣壓高度參數(shù)間的切換，由設(shè)計(jì)的低高度信號(hào)產(chǎn)生電路采集直 升機(jī)的無線電高度參數(shù)來控制。低高度信號(hào)產(chǎn)生電路圖如圖2所示，該電路由兩個(gè)型號(hào)為 LM158的運(yùn)算放大器仏、U2, 7個(gè)電阻值分別為10k、50k、350k、300k、50k、200k、lM的固定電 阻R1、R2> R3> R4> R5> R6> R7和3個(gè)型號(hào)為1N5819的二極管D1, D2, D3組成；電路連接方式為 DpR6并聯(lián)后與U1的反相端連接,U1的輸出端與反相端之間接入電阻R7組成反相加法運(yùn)算 電路。DyR1并聯(lián)后與U2的反相端連接，U2的輸出經(jīng)電阻R4接到U2的同向端，電阻R3接在 U2的同相端和地之間，電阻R2接在U2的同相端和+12V之間，U2的輸出端經(jīng)D3輸出低高度 信號(hào)，電阻R5接在輸出的低高度信號(hào)與地之間，用于拉高輸出電壓。當(dāng)U2的反向端(無線電高度參數(shù)由⑶端經(jīng)R1輸入)電壓小于同向端電壓時(shí)，輸 出端電壓為正飽和電壓E+，DGDXH(低高度信號(hào))端輸出的低高度信號(hào)為高電平，穩(wěn)高系統(tǒng) 使用無線電高度參數(shù)。反之，輸出端電壓為負(fù)飽和電壓E_，DGDXH端輸出的低高度信號(hào)為低 電平，穩(wěn)高系統(tǒng)使用氣壓高度參數(shù)。開始直升機(jī)高度較低，U2的輸出端輸出E+，此時(shí)U2的同向端電壓較大V+max = (12/R2+E+/R4)R (1)式中R是圖2中R2、R3、R4的并聯(lián)電阻。當(dāng)直升機(jī)高度高于切換高度時(shí)，U2的輸出 端輸出E_，此時(shí)因E_是負(fù)電壓，所以U2的同向端電壓較小V+min= (12/R2+E_/R4)R (2)選定合適的電阻阻值，就可使V+max = IlV (對(duì)應(yīng)高度為H2 = 275m時(shí)經(jīng)由GD端輸入的電壓)V+min = 8V (對(duì)應(yīng)高度為H1 = 200m時(shí)經(jīng)由GD端輸入的電壓)。如果無線電高度表出故障，則GDBSH(無線電高度表損壞報(bào)警信號(hào))端電壓 為-15V (平時(shí)為零)，U1會(huì)輸出E+，大于V+max，此時(shí)，DGDXH端輸出的低高度信號(hào)為低電平，穩(wěn) 高系統(tǒng)就使用氣壓高度參數(shù)。設(shè)定直升機(jī)飛行中高度參數(shù)選擇的兩個(gè)切換高度為H1 < H2,則直升機(jī)高度低于H1 時(shí)，低高度信號(hào)為高電平，系統(tǒng)使用無線電高度參數(shù)；高于H2時(shí)，低高度信號(hào)為低電平，系統(tǒng) 使用氣壓高度參數(shù)。直升機(jī)在H1-H2之間使用何種高度參數(shù)穩(wěn)高，與此前直升機(jī)的高度狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)直 升機(jī)由低于H1處上升時(shí)，要超過H2,系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)用氣壓高度參數(shù)，從超過H2處下降時(shí)，要低 于H1，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)用無線電高度參數(shù)。這樣，因?yàn)橹鄙龣C(jī)升降速度的限制，即使發(fā)生較大的 氣動(dòng)干擾或地形高低的變化，直升機(jī)在無線電高度參數(shù)和氣壓高度參數(shù)間的切換周期也會(huì) 超過30s，避免了頻繁切換的問題。
HI、H2可以根據(jù)實(shí)際直升機(jī)進(jìn)行調(diào)試選擇，對(duì)于該共軸式直升機(jī)分別選為200m， 275m。(2)總距跟蹤電路高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)從遙控模態(tài)切換到自主穩(wěn)高模態(tài)時(shí)，為了減小切換對(duì)系統(tǒng)的沖擊，在切換的瞬間，要求穩(wěn)定高度通道經(jīng)由U2輸出端輸出的電壓V。應(yīng)等于遙控電壓給出的 s H，為此，設(shè)置了總距跟蹤電路，如圖3所示。該電路由兩個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)M158的運(yùn)算放大器 U/、U2，，5個(gè)電阻值分別為300k、10k、10k、50k、50k的固定電阻R、R8、R9、R1(1、Rn，1個(gè)電容值 為2. 2u的電容C和1個(gè)型號(hào)為JRC-5M的繼電器(含兩組單刀雙擲開關(guān)J1J2)組成；電路 連接方式為繼電器的開關(guān)J1的X經(jīng)過電阻R8接到Vh端，繼電器的開關(guān)J1的Y經(jīng)過電阻R 接到Vz端，繼電器的開關(guān)J1的0與U/的反向端相接，U/的輸出端經(jīng)過電容C接到的U/ 反向端，U/的輸出端經(jīng)串聯(lián)后的R8和R9接到Vh端，U/的輸出端經(jīng)電阻Rltl接到U2’的反 向端，U2’的輸出端與反相端之間接入電阻R11組成反相加法運(yùn)算電路，U2’的輸出端與繼電 器的開關(guān)J2的Y相接，繼電器的開關(guān)J2的X接到Vh端，繼電器的開關(guān)J1的0接到δ H端。圖3 中R9/R8 = R1(1/RnJ1和J2是一個(gè)繼電器的兩個(gè)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)，O-X接通時(shí)，系統(tǒng)處于遙控模態(tài)，遙控電壓經(jīng)O-X去控制δ H，此時(shí)，U2，的ο端輸出電壓V0 = VhZ(^T1S) (3)式中，時(shí)間常數(shù)T1 = 0. 022s，在遙控電壓Vh變化的時(shí)間常數(shù)大于T1時(shí)，有V。 VH。O-Y接通時(shí)，系統(tǒng)處于自主穩(wěn)高模態(tài)，自主穩(wěn)定高度的控制電壓經(jīng)O-Y去控制δΗ， 驅(qū)動(dòng)總距舵機(jī)使得直升機(jī)穩(wěn)定在給定高度。(二)本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)的操縱方法，它是一種 直升機(jī)飛行高度的自動(dòng)控制方法，具體步驟如下步驟一在地面控制站執(zhí)行“自主穩(wěn)高/遙控模態(tài)切換”指令，使直升機(jī)切換到自 主穩(wěn)高飛行模態(tài)，并發(fā)送給定飛行高度。當(dāng)需要使直升機(jī)從遙控模態(tài)向自主穩(wěn)高飛行模態(tài)切換時(shí)，可以直接執(zhí)行“自主穩(wěn) 高/遙控模態(tài)切換”的操作，因?yàn)樽灾鞣€(wěn)高控制電壓通過“總距跟蹤電路”始終跟隨遙控電 壓，當(dāng)直升機(jī)接收到地面控制站發(fā)出的“自主穩(wěn)高/遙控模態(tài)切換”指令，即可通過高度控 制穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙控向自主穩(wěn)高模態(tài)的平緩切換，將直升機(jī)自動(dòng)穩(wěn)定在給定高度上飛行。步驟二 系統(tǒng)采集無線電高度表與大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的高度與升降速度參數(shù)， 并通過遙控遙測(cè)設(shè)備讀取地面控制站發(fā)出的給定飛行高度參數(shù)。步驟三由低高度信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)行判斷，是用無線電高度參數(shù)，還是用氣壓高度 參數(shù)。當(dāng)直升機(jī)飛行高度低于H1時(shí)，低高度信號(hào)為高電平，系統(tǒng)使用無線電高度參數(shù)；高 于吐時(shí)，低高度信號(hào)為低電平，系統(tǒng)使用氣壓高度參數(shù)。直升機(jī)在H1-H2之間使用何種高度 參數(shù)穩(wěn)高，與此前直升機(jī)的高度狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)直升機(jī)由低于H1處上升時(shí)，要超過H2,系統(tǒng)才 會(huì)轉(zhuǎn)用氣壓高度參數(shù)，從超過H2處下降時(shí)，要低于H1，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)用無線電高度參數(shù)。H1, H2為設(shè)定的兩個(gè)切換高度，可以根據(jù)實(shí)際直升機(jī)進(jìn)行調(diào)試選擇，對(duì)于該共軸式 直升機(jī)分別選為200m，275m。步驟四系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的自主穩(wěn)高控制規(guī)律，將采集到的高度、升降速度與給定飛行高度代入進(jìn)行計(jì)算，得到自主穩(wěn)高的控制電壓Vz，再加上對(duì)航向的補(bǔ)償即為總距舵機(jī)的 控制量sH。(1)自主穩(wěn)高控制規(guī)律設(shè)計(jì)為1)在低高度時(shí)控制規(guī)律為6H = [ (口+1) /T2S] (Ka A Hr-Hev) +Kuyl 6 yl (4)2)在高高度時(shí)控制規(guī)律為6 H = [ (T^+l) /T2S] (Ka A Hb-Hbv) +Kuyl 6 yl (5)其中，S H為總距舵機(jī)控制量；Syl為航向舵機(jī)控制量；Ka為高度差與升降速度的比例系數(shù)，Ka = 25s ；Kuyl為偏航角速度傳動(dòng)系數(shù)，Kuyl = 1 ；A HK為相對(duì)給定高度的無線電高度差(HKg_HK)；HK為無線電高度表提供的高度(無線電高度)；HKg為給定相對(duì)高度；Hev為無線電高度表提供的升降速度(無線電升降速度)；A HB為相對(duì)給定高度的氣壓高度差(HBg_HB)；Hb為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供的高度(氣壓高度)；HBg為給定氣壓高度；Hbv為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供的升降速度(氣壓升降速度)；T” T2 為時(shí)間常數(shù)，= 2. 31s、T2 = 0. 77s ；S為微分算子。式(4) (5)中都計(jì)入了高度差、速度差的積分環(huán)節(jié)，可以減少直升機(jī)在給定高 度上下的波動(dòng)，使直升機(jī)能更快地穩(wěn)定在給定的飛行高度；式(4) (5)都考慮了“航向補(bǔ) 償”，可以減小航向操縱對(duì)共軸式直升機(jī)升力的影響。(2)系統(tǒng)的最大升降速度限制與高度調(diào)節(jié)計(jì)算811時(shí)，需對(duì)高度差八壓和AHK進(jìn)行限幅，上升時(shí)高度差的最大限幅值是 165m，對(duì)應(yīng)6. 6m/s的上升速度。即當(dāng)高度差超過165m時(shí)，公式中的八壓和AHK仍使用 高度差為165m時(shí)的值。此時(shí)，如果上升速度大于6. 6m/s,0 (KA AHB_HBV)或(KA AHE-HEV) 為負(fù)值，S H的變化，將使總距減小，使上升速度減慢；如果上升速度小于6. 6m/s,則 (KaAHb-Hbv)或(KaAHk-Hkv)為正值，變化，將使總距增大，使上升速度加快。也就是 說，當(dāng)高度差超過165m時(shí)，系統(tǒng)將使直升機(jī)的上升速度穩(wěn)定在6. 6m/s。直升機(jī)下降時(shí)，最大限幅值為75m，對(duì)應(yīng)的最大下降速度為3m/s。如果高度差小于165m，則相應(yīng)的上升速度的穩(wěn)定值也變小，當(dāng)高度差為零時(shí)，如果 升降速度大于零，則(KA AHb-Hbv)或(Ka AHk-Hkv)為負(fù)值，變化將使總距減小，使上升 速度減??；如果升降速度小于零，則(Ka AHb-Hbv)或(Ka AHe-Hev)為正值，SH的變化將使總 距增大，使上升速度增大?？傊?dāng)高差為零時(shí)，系統(tǒng)也將使升降速度為零。通過這樣的調(diào) 節(jié)，達(dá)到使直升機(jī)的飛行高度穩(wěn)定在給定值附近的目的。步驟五將直升機(jī)切換到手動(dòng)遙控操縱直升機(jī)的飛行高度。直升機(jī)飛行高度的控制還可以通過手動(dòng)遙控操縱“總距操縱桿”來進(jìn)行，當(dāng)直升機(jī)需要從自主穩(wěn)高飛行模態(tài)向遙控模態(tài)切換時(shí)，緩慢地操縱“總距操縱桿”，觀察地面遙測(cè)的 總距對(duì)表值，當(dāng)遙控電壓與自主穩(wěn)高控制電壓基本相等時(shí)，則可進(jìn)行自主穩(wěn)高向遙控模態(tài) 切換的操作，切換成功后，直升機(jī)的總距控制即轉(zhuǎn)為通過手動(dòng)操縱“總距操縱桿”來進(jìn)行遙 控。遙控工作模態(tài)時(shí)，控制規(guī)律為Jh =KHVH+KHY《,(6)其中，S H為總距舵機(jī)控制量；Syl為航向舵機(jī)控制量；遙控電壓值；Kh為總距遙控值的傳動(dòng)系數(shù)，KH = 1 ；KHy為總距對(duì)航向的補(bǔ)償系數(shù)，KHy = 1。
1權(quán)利要求
一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，它是由無線電高度表、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、總距舵機(jī)和設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板四大部分組成，它們之間的位置連接關(guān)系為設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板安裝在自動(dòng)駕駛儀盒子中，自動(dòng)駕駛儀盒子、無線電高度表和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)安裝在直升機(jī)的設(shè)備架上，總距舵機(jī)安裝在直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的舵機(jī)架上，無線電高度表和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的輸出端分別通過電纜連接到設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板的輸入端，而設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板的輸出端則通過電纜連接到總距舵機(jī)的輸入端；其特征在于所述的穩(wěn)高線路板是該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)部分，它安裝在自動(dòng)駕駛儀盒子當(dāng)中，輸入端采集無線電高度表、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)傳輸過來的高度與升降速度數(shù)據(jù)，輸出端則將最終得到的總距控制量傳送到總距舵機(jī)；該穩(wěn)高線路板采用模擬電路設(shè)計(jì)，它包含低高度信號(hào)產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)采集與融合電路、自主穩(wěn)高控制規(guī)律計(jì)算電路、總距跟蹤電路和航向補(bǔ)償及綜合電路；該低高度信號(hào)產(chǎn)生電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器U1、U2，7個(gè)固定電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和3個(gè)二極管D1、D2、D3組成；電路連接方式為D1、R6并聯(lián)后與U1的反相端連接，U1的輸出端與反相端之間接入電阻R7組成反相加法運(yùn)算電路，D2、R1并聯(lián)后與U2的反相端連接，U2的輸出經(jīng)電阻R4接到U2的同向端，電阻R3接在U2的同相端和地之間，電阻R2接在U2的同相端和+12V之間，U2的輸出端經(jīng)D3輸出低高度信號(hào)，電阻R5接在輸出的低高度信號(hào)與地之間，用于拉高輸出電壓；該總距跟蹤電路由兩個(gè)運(yùn)算放大器U1’、U2’，5個(gè)固定電阻R、R8、R9、R10、R11，1個(gè)電容C和1個(gè)繼電器組成；電路連接方式為開關(guān)J1的X經(jīng)過電阻R8接到VH端，開關(guān)J1的Y經(jīng)過電阻R接到VZ端，開關(guān)J1的O與U1’的反向端相接，U1’的輸出端經(jīng)過電容C接到的U1’反向端，U1’的輸出端經(jīng)串聯(lián)后的R8和R9接到VH端，U1’的輸出端經(jīng)電阻R10接到U2’的反向端，U2’的輸出端與反相端之間接入電阻R11組成反相加法運(yùn)算電路，U2’的輸出端與開關(guān)J2的Y相接，開關(guān)J2的X接到VH端，開關(guān)J1的O接到δH端。
2.一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)的操縱方法，其特征在于該方法具體 步驟如下步驟一在地面控制站執(zhí)行“自主穩(wěn)高/遙控模態(tài)切換，，指令，使直升機(jī)切換到自主穩(wěn) 高飛行模態(tài)，并發(fā)送給定飛行高度；步驟二 系統(tǒng)采集無線電高度表與大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的高度與升降速度參數(shù)，并通 過遙控遙測(cè)設(shè)備讀取地面控制站發(fā)出的給定飛行高度參數(shù)；步驟三由低高度信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)行判斷，是用無線電高度參數(shù)，還是用氣壓高度參數(shù)；當(dāng)直升機(jī)飛行高度低于戰(zhàn)時(shí)，低高度信號(hào)為高電平，系統(tǒng)使用無線電高度參數(shù)；高于 H2時(shí)，低高度信號(hào)為低電平，系統(tǒng)使用氣壓高度參數(shù)；Hp H2為設(shè)定的兩個(gè)切換高度，分別選 為200m，275m ；步驟四系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的自主穩(wěn)高控制規(guī)律，將采集到的高度、升降速度與給定飛行高 度代入進(jìn)行計(jì)算，得到自主穩(wěn)高的控制電壓Vz，再加上對(duì)航向的補(bǔ)償即為總距舵機(jī)的控制量S;(1)自主穩(wěn)高控制規(guī)律設(shè)計(jì)為1)在低高度時(shí)控制規(guī)律為S η = [(T1S+1) /T2S] (ΚΔ Δ He-Hev) +Kuyl δ yl (4)2)在高高度時(shí)控制規(guī)律為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，S Η為總距舵機(jī)控制量；δ yl為航向舵機(jī)控制量；ΚΔ為高度差與升降速度的比例 系數(shù)，ΚΔ = 25s ；Κωη為偏航角速度傳動(dòng)系數(shù)，Kuyl = 1 ； Δ Hk為相對(duì)給定高度的無線電高度 差(Hks-Hk) ;ΗΚ為無線電高度表提供的高度即無線電高度；HKg為給定相對(duì)高度；Hkv為無線電 高度表提供的升降速度即無線電升降速度；△ Hb為相對(duì)給定高度的氣壓高度差(Hbs-Hb) ;Hb 為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供的高度即氣壓高度；Hbs為給定氣壓高度；Hbv為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供 的升降速度即氣壓升降速度；I\、T2為時(shí)間常數(shù)，T1 = 2. 31s、T2 = 0. 77s ；S為微分算子；(2)系統(tǒng)的最大升降速度限制與高度調(diào)節(jié)計(jì)算311時(shí)，需對(duì)高度差八壓和ΔΗΚ進(jìn)行限幅，上升時(shí)高度差的最大限幅值是165m， 對(duì)應(yīng)6. 6m/s的上升速度，即當(dāng)高度差超過165m時(shí)，公式中的八壓和ΔΗΚ仍使用高度差 為165m時(shí)的值；此時(shí)，如果上升速度大于6. 6m/s，則(KΔ AHb-Hbv)或(KΔ AHe-Hev)為負(fù)值， δ η的變化，將使總距減小，使上升速度減慢；如果上升速度小于6. 6m/s,則(ΚΔ Δ Hb-Hbv)或 (ΚΔ AHe-Hev)為正值，δΗ的變化，將使總距增大，使上升速度加快；也就是說，當(dāng)高度差超 過165m時(shí)，系統(tǒng)將使直升機(jī)的上升速度穩(wěn)定在6. 6m/s ；直升機(jī)下降時(shí)，最大限幅值為75m， 對(duì)應(yīng)的最大下降速度為3m/s ；如果高度差小于165m，則相應(yīng)的上升速度的穩(wěn)定值也變小， 當(dāng)高度差為零時(shí)，如果升降速度大于零，則(ΚΔ Δ Hb-Hbv)、(ΚΔ AHe-Hev)為負(fù)值，δ Η的變化 將使總距減小，使上升速度減??；如果升降速度小于零，則(ΚΔ ΔHb-Hbv)、(ΚΔ AHe-Hev)為正 值，Sh的變化將使總距增大，使上升速度增大；總之，當(dāng)高差為零時(shí)，系統(tǒng)也將使升降速度 為零；通過這樣的調(diào)節(jié)，達(dá)到使直升機(jī)的飛行高度穩(wěn)定在給定值附近的目的；步驟五將直升機(jī)切換到手動(dòng)遙控操縱直升機(jī)的飛行高度；直升機(jī)飛行高度的控制可通過手動(dòng)遙控操縱“總距操縱桿”來進(jìn)行，當(dāng)直升機(jī)需要從自 主穩(wěn)高飛行模態(tài)向遙控模態(tài)切換時(shí)，緩慢地操縱“總距操縱桿”，觀察地面遙測(cè)的總距對(duì)表 值，當(dāng)遙控電壓與自主穩(wěn)高控制電壓基本相等時(shí)，則可進(jìn)行自主穩(wěn)高向遙控模態(tài)切換的操 作，切換成功后，直升機(jī)的總距控制即轉(zhuǎn)為通過手動(dòng)操縱“總距操縱桿”來進(jìn)行遙控；遙控工作模態(tài)時(shí)，控制規(guī)律為ζH=KHVH+KH/ζyl(6)其中，S H為總距舵機(jī)控制量；S yl為航向舵機(jī)控制量；VH為遙控電壓值；KH為總距遙控 值的傳動(dòng)系數(shù)，Kh = 1 ；Kay為總距對(duì)航向的補(bǔ)償系數(shù)，Kay= 1.
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于 該低高度信號(hào)產(chǎn)生電路中的兩個(gè)運(yùn)算放大器^、隊(duì)的型號(hào)是111158。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于 該低高度信號(hào)產(chǎn)生電路中的7個(gè)固定電阻HHHR7的電阻值分別是10k、50k、 350k、300k、50k、200k和 1M。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于 該低高度信號(hào)產(chǎn)生電路中的3個(gè)二極管DpD2、D3的型號(hào)是1N5819。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于 該總距跟蹤電路中的兩個(gè)運(yùn)算放大器U1W的型號(hào)是LM158。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于該總距跟蹤電路中的5個(gè)固定電阻R、R8、R9、R10、R11的電阻值分別是300k、10k、10k、50k、 50k。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于 該總距跟蹤電路中的1個(gè)電容C的電容量是2. 2u。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)，其特征在于 該總距跟蹤電路中的1個(gè)繼電器的型號(hào)是JRC-5M。
全文摘要
一種共軸式無人直升機(jī)的高度控制穩(wěn)定系統(tǒng)及操縱方法，由無線電高度表、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、總距舵機(jī)和設(shè)計(jì)的穩(wěn)高線路板四部分組成，穩(wěn)高線路板、無線電高度表和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)安裝在直升機(jī)的設(shè)備架上，總距舵機(jī)安裝在直升機(jī)的舵機(jī)架上；其操縱方法有五大步驟1.在地面控制站執(zhí)行“自主穩(wěn)高/遙控模態(tài)切換”指令，使直升機(jī)切換到自主穩(wěn)高模態(tài)并發(fā)送給定飛行高度；2.系統(tǒng)采集高度與升降速度參數(shù)，并讀取地面控制站發(fā)出的給定飛行高度參數(shù)；3.由低高度信號(hào)產(chǎn)生電路判斷采用何種高度參數(shù)；4.系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的自主穩(wěn)高控制規(guī)律，計(jì)算總距舵機(jī)的控制量δH；5.將直升機(jī)切換到手動(dòng)遙控操縱直升機(jī)的飛行高度。
文檔編號(hào)G05D1/04GK101813944SQ20101013346
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者曾洪江, 王修桐, 賀天鵬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)