[发明专利]一种考虑降雨和阵风条件的无人机飞行控制律设计方法

说明书

本发明公开了一种考虑降雨和阵风条件的无人机飞行控制律设计方法，包括以下步骤，建立无人机动力学模型；构建环境模型、舵面代理模型、发动机代理模型，分别接入无人机动力学模型；设计飞行控制律，飞行控制律向舵面代理模型输出舵面指令以及向发动机代理模型输出油门量，无人机动力学模型求解出无人机位置、姿态反馈到飞行控制律，构成闭环反馈控制回路；利用闭环反馈控制回路进行跟踪控制仿真，调整飞行控制律的增益参数。该方法综合考虑降雨以及阵风影响进行控制律设计，可以有效地模拟无人机在阵风、降雨条件下的实际运动，对无人机在受降雨、阵风影响情况下的稳定飞行控制律设计提供参考，具有良好的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域的飞行控制方法，具体涉及一种考虑降雨和阵风条件的无人机飞行控制律设计方法，用于阵风、降雨环境情况下的无人机控制律设计，保障无人机稳定飞行控制。

背景技术

随着对现代无人机性能要求的不断提高，应用范围不断扩大，飞行任务过程中不可避免会遇到复杂气象环境。复杂气象条件会对无人机的飞行带来一定影响，如恶化无人机气动性能，对无人机自身产生附加力和力矩影响。因此在复杂飞行环境中实现无人机稳定飞行，是提升无人机飞行能力，保障飞行任务和安全飞行的关键。阵风、降雨环境是无人机飞行任务过程中常见的气象因素，对无人机的飞行产生很大的影响，因此改善无人机在阵风、降雨气象条件下的飞行能力显得尤为重要。飞行控制系统作为无人机系统的核心部分，高效准确的无人机控制律设计是解决无人机不利天气条件情况下稳定飞行的重要技术手段。因此，研究考虑降雨、阵风条件下的无人机飞行控制律设计方法，可以有效解决不利天气条件情况下的无人机姿态稳定等飞行控制问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种考虑降雨和阵风条件下的无人机飞行控制律设计方法，以解决无人机在降雨、阵风环境下的控制律有效性验证和控制律参数设计问题。考虑到降雨、阵风环境因素，在飞行动力学仿真框架的基础上，分析飞行控制律有效性，并针对仿真情况选择合适的控制策略，调整控制律参数，实现高效飞行控制律设计。本发明采用如下技术方案：

一种考虑降雨和阵风条件的无人机飞行控制律设计方法，包括以下步骤：

（1）基于无人机气动力参数及其变化规律，考虑无人机操纵舵面参数，建立无人机动力学模型；

（2）基于降雨、阵风环境因素与无人机动力学模型参数之间的量化映射关系，构建环境模型，将环境模型接入无人机动力学模型；

（3）基于操纵舵面气动力和力矩参数随无人机迎角、侧滑角度的变化规律，构建舵面代理模型；根据发动机推力随高度、飞行速度和油门量的离散数据，采用线性回归的方式，构建发动机代理模型；将舵面代理模型和发动机代理模型接入无人机动力学模型；

（4）设计飞行控制律，飞行控制律向舵面代理模型输出舵面指令以及向发动机代理模型输出油门量，无人机动力学模型求解出无人机位置、姿态反馈到飞行控制律，构成无人机闭环反馈控制回路，数值仿真验证飞行控制律的有效性；

（5）设置目标点位置或目标轨迹，利用无人机闭环反馈控制回路对位置、速度和姿态进行跟踪控制仿真，调整飞行控制律的增益参数。

进一步的，所述步骤（1），所述无人机动力学模型为无人机六自由度运动学与动力学方程，具体为：