[发明专利]无人机在垂直起降过程中抗侧风扰动方法

说明书

本发明提供一种无人机在垂直起降过程中抗侧风扰动方法，包括如下步骤：S1、控制无人机悬停；S2、通过GPS测量地面速度矢量与无人机飞行姿态的方向余弦阵对风速矢量估计值进行计算；S3、计算风速矢量估计值与y轴之间的夹角；S4、控制无人机偏航，当时，则表明无人机的侧面处于迎风面，无人机正常进行垂直起降运动。本发明通过风矢量与无人机机头方向的夹角去控制无人机偏航运动，从而使无人机侧面迎着风向，极大程度减小了无人机的迎风面积，使侧风对无人机的影响最小。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种无人机在垂直起降过程中抗侧风扰动方法。

背景技术

尾座式垂直起降无人机垂直起降过程中，在存在侧风扰动的情况下，由于无人机正面的迎风面积很大，无人机会受到很大的外部干扰，从而偏离预期位置，导致控制失灵和安全风险；由于风速难以预测的，而风向通常在很短的时间内变化不大，通过多风速计的方式测量机体各轴向风速成本较高，并且工程实现复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种无人机在垂直起降过程中抗侧风扰动方法，能够通过估计风矢量，通过风矢量与无人机机头方向的夹角去控制无人机偏航运动，从而使无人机侧面迎着风向，极大程度减小了无人机的迎风面积，使侧风对无人机的影响最小。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的无人机在垂直起降过程中抗侧风扰动方法，无人机包括机翼、副翼、螺旋桨和机体，两组机翼的一端分别固定连接在机体的两侧，螺旋桨和副翼分别固定在机翼上；建立机体系，设机体系的原点为无人机的质心，无人机的对称轴所在的平面穿过质心并平行于机体，机体系的x轴在对称平面内并指向机头，机体系的y轴垂直于对称平面，机体系的z轴在对称平面内，与x轴垂直并指向机体下方；建立惯性系，设惯性系的原点为无人机飞行航线的起飞点，惯性系的x_e轴在水平面内指向北方，惯性系的z_e垂直于地面并指向地心，惯性系的y_e在水平面内垂直于x_e轴；包括如下步骤：

S1、控制无人机悬停；

S2、通过GPS测量地面速度矢量与无人机飞行姿态的方向余弦阵对风速矢量估计值进行计算；

S3、计算风速矢量估计值与y轴之间的夹角，风速矢量估计值通过方向余弦阵在机体系中表示为：

^bW＝R_be^eW (12)

式中，^eW为风速矢量估计值；^bW为风速矢量估计值通过方向余弦阵在机体系中的表示；R_eb为由惯性系旋转到机体系的方向余弦阵；

y轴表示为[010]^T，则y轴与风速矢量估计值的夹角为：

式中，^bW_x为风速矢量估计值通过方向余弦阵在x轴中的表示；^bW_y为风速矢量估计值通过方向余弦阵在y轴中的表示；^bW_z为风速矢量估计值通过方向余弦阵在z轴中的表示；

S4、控制无人机偏航，当时，则表明无人机的侧面处于迎风面，无人机正常进行垂直起降运动。

优选地，步骤S2具体包括：

S21、地面速度矢量为在惯性系下表示的空速矢量和在惯性系下的风速矢量之和，表示为：

V_e＝^eV_a+^eW (1)