[发明专利]一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法

说明书

一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法，具体步骤如下：1.建立无人机与航母动力学模型，根据俩者的相对位置，建立相对运动学方程；2.根据反馈线性化理论方法设计无人机对航母轨迹控制器；3.设计期望航母的空间轨迹；设计期望相对跟踪值；设计期望相对速度；4.计算消除期望与实际相对纵向横向和垂向相对位置的误差；计算消除期望相对俯仰角与实际相对俯仰角之间的误差以及俯仰角速度和下沉率5.各执行部件控制信号计算：计算实现控制量所需的执行部件控制量u所需的执行部件控制量[δ_T,δ_a,δ_e,δ_r]。控制流程见附图。

技术领域

本发明提供一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法，它为无人机自动着舰提供一种轨迹控制的新控制方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

舰载无人机是以航空母舰或其他军舰为基地的海军无人机。本方法控制对象为固定翼式无人机。采用常规推进的舰载无人机是一类非线性力学系统，其典型飞行状态包括起飞、巡航飞行、转弯、降落等。对于无人机的自动着舰过程，目前大多数的控制方法只考虑了对无人机自身的模型控制方法基础下对无人机实现等角下滑、甲板动力补偿等控制律的研究。本专利提出一种新的建模方法的基础上进行的无人机轨迹控制的研究方法，即不仅对无人机的模型进行考虑，而且建立航母的模型，然后将俩个模型纳入到控制计算方法。因此相比其他控制技术方法而言，无人机相对于航母的轨迹控制更具有工程应用价值。

虽然无人机自动着舰过程时间短暂，但是要经历一系列非常复杂的过程，它主要分为精确制导与自动控制系统俩大重要环节，本专利主要考虑自动控制系统的处理方法。目前主流的控制方法为在单无人机模型下的模糊PID和动态逆等算法，并且大多只采用到对无人机姿态控制的方面。本控制方法采用无人机与航母相对模型基础下，以反馈线性化的方式，根据无人机与航母的相对位置数据，针对航母的运动轨迹，无人机进行跟踪控制最终达到期望相对位置。对于无人机、航母双模型的反馈线性化控制方法不仅可以控制对象的轨迹，也可以对无人机的姿态进行控制。本方法在姿态方面考虑了对俯仰角的姿态控制，即满足无人机等角下滑技术的新方法。

本发明“一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法”，提出了基于动力学非线性模型的轨迹控制方法。该方法结合了基于双模型控制理论和反馈线性化轨迹算法。由该方法控制的闭环系统是有界稳定的，且具有良好的收敛效果，这就为无人机着舰的工程实现提供了有效的设计手段。

发明内容

(1)目的：本发明的目的在于提供一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法，控制工程师可以按照该方法并结合实际参数实现无人机着舰的轨迹控制。

(2)技术方案：本发明“一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法”，其主要内容及程序是：

航母空间轨迹由水平面巡航轨迹和垂向轨迹组成。航母的水平面巡航轨迹通常为直线。预先设计期望的航母路径轨迹、航向，然后根据相对模型并利用反馈线性化理论设计无人机轨迹控制器，使其跟踪误差 在有限时间内趋近于零。实际应用中，航母的位置、姿态、速度等状态量由组合GPS等机载传感器测量得到，将由该方法计算得到的控制量传输至推力控制，副翼，方向舵和水平舵执行装置即可实现无人机的轨迹功能。

一种基于双模型下的无人机自动着舰轨迹控制方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一建立无人机与航母动力学模型，根据俩者的相对位置，建立相对运动学方程。

步骤二根据反馈线性化理论方法设计无人机对航母轨迹控制器。

步骤三设计期望航母的空间轨迹；设计期望相对跟踪值；设计期望相对速度。

步骤四计算消除期望与实际相对纵向横向和垂向相对位置的误差；计算消除期望相对俯仰角与实际相对俯仰角之间的误差以及俯仰角速度和下沉率