[发明专利]一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略

说明书

本发明公开了一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略，根据初始远距离，设置减速开始距离与悬停开始距离；测量飞艇实时飞行位置，并与目标悬停位置进行比较，并作出控制模式选择判断；设定飞艇匀速飞行的期望速度为u^d，测量飞艇的实际前向飞行速度为u，则速度误差记为e_u，进行匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律设计；选定悬停开始段的期望速度，进行减速段控制；测量飞艇的位置信息、前向速度信息，进行小距离的精确定点悬停控制；建立飞艇俯仰通道模型，通过仿真来调选控制参数。发明的有益效果是提高了远距离情况下末段定点悬停的动态与稳态性能。

技术领域

本发明属于飞行器控制领域，涉及一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略。

背景技术

由于平流层有着稳定的气象条件和良好的电磁特性，平流层飞艇的应用价值和广阔应用前景引起了世界各国的重视，越来越多的文献进行了相关的报道。在现有的公开文献中，关于飞艇飞行控制系统的资料较少，大多是关于飞艇设计和稳定性分析。目前关于飞艇悬停控制的研究比较多的多是关于近距离的飞艇悬停控制，重点在于悬停的准确性与快速性。但已公开的远距离定点悬停的研究成果较少，主要是远距离的定点悬停控制和近距离的定点悬停控制有本质的区别。因为近距离定点悬停可以采用位置误差的PID控制得以实现，而初始点距目标悬停点较近，因此采用一套参数即可获得满意的控制效果。而远距离的定点悬停由于初始位置离目标悬停点较远，难以通过位置PID控制而实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现飞艇远距离定点悬停的三段式控制策略，解决了目前定点悬停由于初始位置离目标悬停点较远，难以通过位置PID控制而实现的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一：根据初始远距离，设置减速开始距离与悬停开始距离；

假设初始时刻飞艇距离目标定点悬停位置为d₀，则设定减速开始距离为l，设定悬停开始距离为m；

步骤二：测量飞艇实时飞行位置，并与目标悬停位置进行比较，并作出控制模式选择判断；

测量飞艇的实时飞行位置，记为x，而期望的远距离定点悬停位置记为x^d，则两种之间的距离记为d＝|x-x^d|；

如果l＜d＜d₀，则进入第一段匀速飞行控制段；

如果m＜d≤l，则进入第二段减速飞行控制段；

如果0＜d≤m，则进入第三段定点悬停控制段；

步骤三：设定飞艇匀速飞行的期望速度为u^d，测量飞艇的实际前向飞行速度为u，则速度误差记为e_u，进行匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律设计；

步骤四：速度控制；选定悬停开始段的期望速度，进行减速段控制；

首先记录减速段开始的时间，记为t₁；其次设定悬停开始段的期望速度为u^db，然后设定减速持续时间为t_a，按照如下公式选取：

t_a＝2(l-m)/(u^da+u^db)

最后设定期望速度v^d＝u^da-(u^da-u^db)(t-t₁)/t_a，并以该速度为期望速度，输入给步骤三设计的匀速飞行段飞艇前向速度跟踪控制律；

步骤五：位置控制；测量飞艇的位置信息、前向速度信息，进行小距离的精确定点悬停控制；