一種無人直升機(jī)高精度位置保持控制方法
【專利摘要】一種無人直升機(jī)高精度位置保持控制方法，屬于無人直升機(jī)飛行控制【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于，包括如下步驟：根據(jù)位置偏差，當(dāng)位置偏差超過門限值XI時(shí)，采用人工遙調(diào)方式；當(dāng)位置偏差在門限值XI和X2之間時(shí)，采用自動(dòng)配平方式；當(dāng)位置偏差小于門限值X2時(shí)，采用高精度位置反饋控制方式；通過自動(dòng)配平可將位置偏差控制在X2范圍內(nèi)，采用基于非線性PID控制器反饋控制方法，給出了位置控制律。本發(fā)明對(duì)穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)和紊流場(chǎng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，本發(fā)明給出的位置控制律，在位置偏差進(jìn)入一定區(qū)域后，隨著偏差的降低，控制增益提高，保證控制精度，同時(shí)相角超前增大，彌補(bǔ)因增益提高導(dǎo)致的相角裕度損失，保證穩(wěn)定性。
【專利說明】一種無人直升機(jī)高精度位置保持控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人直升機(jī)飛行控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種無人直升機(jī)在懸停狀態(tài)下的 位置保持的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無人直升機(jī)在受限平臺(tái)（大廈停機(jī)坪、艦船甲板等）下進(jìn)行自動(dòng)著陸時(shí)，對(duì)位置控 制精度有極高的要求。ADS-33直升機(jī)飛行品質(zhì)規(guī)范中對(duì)位置控制精度也有明確的規(guī)定?，F(xiàn) 代控制方法雖然能達(dá)到比傳統(tǒng)控制更優(yōu)越的性能，但是其設(shè)計(jì)方法必須以準(zhǔn)確的對(duì)象數(shù)學(xué) 模型為依據(jù)，而直升機(jī)由于其復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，難以建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。
[0003] 因此，以物理概念為依據(jù)，不追求模型準(zhǔn)確的控制方法是為當(dāng)前無人直升機(jī)飛行 控制所推崇的，基于PID控制器的反饋控制方法也正是因?yàn)檫@些特性在飛行控制領(lǐng)域得到 了廣泛的應(yīng)用。但是，常規(guī)的基于PID控制器的反饋控制方法由于控制功效的限制難以滿 足復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行高精度位置控制的需求。在某樣例無人直升機(jī)中已經(jīng)驗(yàn)證過，僅僅依靠 基于PID控制器的反饋控制方法難以抑制高速變化的風(fēng)場(chǎng)，如突風(fēng)和紊流風(fēng)，并且在常值 風(fēng)的干擾下，樣例無人直升機(jī)會(huì)存在固定的位置偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是：解決懸停狀態(tài)下抗風(fēng)擾動(dòng)的問題，對(duì)高頻風(fēng)和低頻風(fēng)具有較強(qiáng) 的適應(yīng)能力，提高無人直升機(jī)位置保持的精度。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：無人直升機(jī)自身動(dòng)態(tài)特性及外界環(huán)境的影響，決定其難以提 高控制精度，在常規(guī)控制下，為了提高控制精度，一方面可提高積分權(quán)限，以產(chǎn)生足夠的控 制量來平衡風(fēng)場(chǎng)；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(quán)限會(huì) 帶來隱患，其累積和釋放過程非常緩慢，難以適應(yīng)飛行狀態(tài)的變化（如懸?；剞D(zhuǎn)）。提高位 置控制增益可增強(qiáng)位置控制能力，提高控制增益，但控制增益的調(diào)節(jié)區(qū)間有限，否則容易誘 發(fā)震蕩。結(jié)合安全性和抗風(fēng)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(diào)控制方式和自動(dòng)配平方式的分界點(diǎn)，X2為自動(dòng) 配平方式和高精度位置反饋控制方式的分界點(diǎn)；一般設(shè)定Π 為無人直升機(jī)以著陸點(diǎn)為圓 心的可安全著陸區(qū)域的半徑，X2為以著陸點(diǎn)為圓心的最佳著陸區(qū)域的半徑。
[0007] 一種無人直升機(jī)高精度位置保持控制方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0008] 第一，根據(jù)位置偏差，當(dāng)位置偏差超過門限值XI時(shí)，采用人工遙調(diào)方式；
[0009] 第二，當(dāng)位置偏差在門限值XI和X2之間時(shí)，采用自動(dòng)配平方式；
[0010] 第三，當(dāng)位置偏差小于門限值X2時(shí)，采用高精度位置反饋控制方式；
[0011] 通過自動(dòng)配平可將位置偏差控制在X2范圍內(nèi)，采用基于非線性PID控制器反饋控 制方法，位置控制律為：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種無人直升機(jī)高精度位置保持控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 第一，根據(jù)位置偏差，當(dāng)位置偏差超過門限值XI時(shí)，采用人工遙調(diào)方式； 第二，當(dāng)位置偏差在門限值XI和Χ2之間時(shí)，采用自動(dòng)配平方式； 第二，當(dāng)位置偏差小于門限值Χ2時(shí)，米用1?精度位直反饋控制方式； 通過自動(dòng)配平可將位置偏差控制在X2范圍內(nèi)，采用基于非線性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(wǎng):>.￥ ..I ? ： 3(1-*) δζ+^4 m a a 0<?<1 。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機(jī)尚精度位置保持控制方法，其特征在于，所述位 置控制律傳遞函數(shù)為： ￠^) ..4Y < :減 )
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK104216415SQ201410425024
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】闞兆成, 曾國(guó)貴, 廖智麟, 王娟, 王剛強(qiáng), 黨少飛 申請(qǐng)人:中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所