[发明专利]一种用于浮空器高度调节的自主控制方法及自主控制系统

权利要求书

1.一种用于浮空器高度调节的自主控制方法，其特征在于：用于无推力配置的浮空器，所述浮空器包括主气囊、副气囊，以及控制副气囊体积大小的鼓风机，根据受力平衡方程计算浮空器在当前高度下副气囊的当前压差、以及在目标高度下副气囊的目标压差，以当前压差和目标压差之间的压差差作为控制量，采用阈值切换策略实现对鼓风机的流量控制，进而实现浮空器高度调节的自主控制。

2.根据权利要求1所述的用于浮空器高度调节的自主控制方法，其特征在于：记所述当前压差为δP_ah，目标压差为δP_at，则压差差△＝δP_ah-δP_at,设定阈值为δ，副气囊的压差跟踪指令为δP_ac，主气囊的压差跟踪指令为δP_hc，并且δP_hc＝δP_ac，依据如下关系式，执行阈值切换策略，再根据主气囊质量不变、浮空器总体积不变，计算得到副气囊所需的体积，实现对鼓风机的流量控制

3.根据权利要求2所述的用于浮空器高度调节的自主控制方法，其特征在于：利用如下关系式，计算得到主气囊体积V_hc、副气囊体积V_ac，以及对应副气囊所需的气体质量m_ac，

V_ac＝V-V_hc

其中，V表示浮空器的总体积，ρ_h、ρ_a分布表示当前高度下主气囊、副气囊内部的气体密度，m_h表示氦气囊内氦气的质量，P表示外界参考大气的压强。

4.根据权利要求3所述的用于浮空器高度调节的自主控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、利用如下关系式，计算浮空器在当前高度下副气囊的当前压差δP_ah、以及在目标高度下副气囊的目标压差δP_at，进而得到压差差△＝δP_ah-δP_at；

其中，m_struc表示浮空器结构质量，ρ_at和V_at分别表示目标高度下副气囊内部气体密度和副气囊体积，ρ_ht和V_ht分别表示目标高度下主气囊内部气体密度和主气囊体积，P表示外界参考大气的压强；

其中，ρ_a和V_a分别表示当前高度下副气囊内部气体密度和副气囊体积，ρ_h和V_h分别为当前高度下主气囊内部气体密度和主气囊体积；

进而获得主气囊、副气囊的压差跟踪指令δP_hc，δP_ac的赋值逻辑如下，其中，δP_hc＝δP_ac，阈值δ为鼓风机在一个控制周期内所能达到的最大充放气量；

步骤二、根据主气囊、副气囊的压差跟踪指令，计算副气囊所需要的气体质量m_ac；

V_ac＝V-V_hc

其中，V表示浮空器的总体积，ρ_h、ρ_a分布表示当前高度下主气囊、副气囊内部的气体密度，m_h表示主气囊内部的气体质量，P表示外界参考大气的压强；

步骤三、利用鼓风机实现对副气囊的充气和放气，以使副气囊内部的气体质量达到所需要的气体质量m_ac，计算对应的浮力作用到浮空器，从而实现对浮空器的高度调节。

5.一种基于权利要求1所述的用于浮空器高度调节的自主控制方法的自主控制系统，其特征在于：包括目标高度压差计算模块、状态测量模块、当前高度压差计算模块、压差差计算模块、压差调节模块、跟踪压差指令赋值模块、副气囊质量计算模块、阀门流量控制器模块和浮空器浮力计算模块；

所述状态测量模块用于测量浮空器的当前姿态信息、垂直高度信息以及在地理坐标系下的位置信息和速度信息；

所述当前高度压差计算模块接收状态测量模块的高度信息，根据受力平衡方程计算当前高度下副气囊的当前压差；

所述目标高度压差计算模块根据所给的目标高度、受力平衡方程，计算目标高度下副气囊的目标压差；

所述压差差计算模块用于计算副气囊的目标压差和当前压差之间的压差差；

所述压差调节模块用于依据压差差和阈值的比较结果，计算压差跟踪指令；

所述压差跟踪指令赋值模块把压差差在阈值Δ和不在阈值Δ范围内的压差跟踪指令赋值给副气囊质量计算模块；

所述副气囊质量计算模块用于根据压差跟踪指令计算副气囊所需要的气体质量；

所述阀门流量控制器模块用于根据所需的气体质量，通过鼓风机的阀门控制充放气，实现副气囊的气体质量改变；

所述浮空器浮力计算模块用于根据变化后的副气囊气体质量，计算浮空器所受到的浮力，作用于浮空器本体，实现浮空器的状态更新。