[发明专利]抗饱和增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机

说明书

本发明公开了一种抗饱和增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机，该方法包括：根据太阳能无人机在高空状态时的实际速度、实际高度以及目标速度、目标高度，计算其在当前时刻的总能量误差和总能量分配误差；将总能量误差作为其中油门通道的控制输入，计算油门PID参数；根据该油门PID参数计算油门通道总的控制量并进行限幅处理；将总能量分配误差作为其中俯仰通道的控制输入，计算俯仰PID参数；根据该俯仰PID参数计算俯仰通道总的控制量并进行限幅处理。其中，计算俯仰PID参数时还进行抗饱和处理。本发明提供的该增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机，有利于增强控制平稳性，以及避免控制量饱和造成的动态特性下降问题。

技术领域

本发明涉及飞行器控制系统领域，尤其涉及一种抗饱和增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机。

背景技术

太阳能无人机不受能源的限制，特别适合执行超长时间的侦察、监视和通信中继等任务，是未来无人机的一个重要发展方向。太阳能无人机通常飞行速度低，飞行包线窄，抗击外界干扰的能力差，这对无人机的速度控制系统是一个很大的考验。同时由于太阳能无人机的太阳能电池系统转换效率低、重量大以及储能系统能量密度小等原因，太阳能无人机需要在结构设计及选材等方面尽可能减轻全机重量，造成全机载荷能力差、外形尺寸大等不足，甚至带来严重的气动弹性问题，影响无人机的稳定性、操纵性及安全性。如何在恶劣的干扰环境下，保证无人机飞行速度的控制精度，避免速度过低而失速或速度过高而使全机承受严酷的载荷考验是太阳能无人机飞行控制系统需要重点解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供了一种抗饱和增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机，以缓解现有太阳能无人机速度控制中的动态特性下降导致控制误差加大等问题。

(二)技术方案

在本发明中，提供了一种抗饱和增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机，其中：

该抗饱和增量式PID纵向制导方法包括：

根据太阳能无人机在高空状态时的实际速度、实际高度以及目标速度、目标高度，计算该太阳能无人机当前时刻的总能量误差和总能量分配误差；

将总能量误差作为太阳能无人机中油门通道的控制输入，计算油门PID参数；

根据该油门PID参数计算油门通道总的控制量并进行限幅处理；

将总能量分配误差作为太阳能无人机中俯仰通道的控制输入，计算俯仰PID参数；

根据该俯仰PID参数计算俯仰通道总的控制量并进行限幅处理；

和/或，其中计算俯仰PID参数时还进行抗饱和处理。

基于该抗饱和增量式PID纵向制导方法的太阳能无人机包括：传感器系统，输出太阳能无人机的空速及高度信息；

任务规划系统，输出指令信息；

制导系统，接收传感器系统和任务规划系统的信息并基于上述抗饱和增量式PID纵向制导方法发布制导指令；

动力系统，接收制导指令中的油门指令实现对油门通道的控制；

姿控系统，接收制导指令中的俯仰角指令和/或滚转角指令实现对俯仰通道的控制；以及

操纵系统，根据姿控系统的输出指令实现对无人机的飞行控制。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明提供的该抗饱和增量式PID纵向制导方法及基于其的太阳能无人机，具有以下有益效果：