[发明专利]一种固定翼无人机翻滚机动控制方法

摘要

本发明为一种固定翼无人机翻滚机动控制方法，所述方法应用在固定翼无人机上，提供翻滚机动过程中各控制通道的自动控制方法。本发明可通过全姿态组合导航方法，实现360°全姿态无缝导航；通过滚转翻滚控制方法实现固定翼无人机在正飞状态与倒飞状态之间的自主切换并迅速建立平衡；通过俯仰翻滚控制方法合理地运用重力势能，实现安全有效的俯仰翻滚，在保证安全迎角的情况下快速改变无人机的飞行方向，以在空战中迅速脱离险境。本发明可通过对发动机、操纵舵面进行合理的自动控制，实现固定翼无人机灵活的翻滚机动，使无人机能够在正飞与倒飞之间自主切换，并可快速改变飞行方向。

主权项

1.一种固定翼无人机滚转翻滚控制方法，其特征在于：以无人机质心为原点，x轴指向无人机前方，y轴垂直于无人机纵轴面指向右侧，z轴垂直于oxy平面指向无人机下方，建立“前‑右‑下”右手笛卡尔坐标系；所述的无人机滚转翻滚控制为正向翻滚控制或反向翻滚控制；所述正向翻滚控制包括z轴通道控制、x轴通道控制和y轴通道控制；具体为：a).z轴通道控制方法：全程采用角速率闭环，给定航向角速率设定值，计算对应的z轴旋转角速率，实时调节方向舵，实现角速率稳定控制，航向角速率设定值R_cmd如下：当滚转角在[0，15°]，[80°，110°]范围内时，或与180°偏差小于限定值后，R_cmd取零；当滚转角在[15°，80°]，[110°，165°]范围内时，R_cmd与协调转弯所需要的匹配值有关，计算方法如下：W_zcmd＝‑sinφ·Q_cmd+cosφcosθ·R_cmd式中，g为重力加速度，φ、θ和V分别为无人机当前的滚转角、俯仰角和对地速度，Q_cmd为俯仰角速率的设定值，W_zcmd为z轴旋转角速率的设定值；b).x轴通道控制方法：收到正飞转倒飞的指令后，将航向控制回路断开，即不对航向角进行控制，采用x轴旋转角速率Wx引导的方式，将滚转角从当前设定值引导至165°，当滚转角与180°偏差小于限定值后将航向角闭环：采用三级串级控制结构，被控变量由外向内依次为航向角、滚转角、x轴旋转角速率，滚转角配平值取180°；c).y轴通道控制方法：收到正飞转倒飞的指令后，将高度控制回路断开，即不对高度进行控制，俯仰角保持为当前的配平值，然后根据滚转角测量值进行分阶段控制：当滚转角在[0，150°]范围内时，y轴采用俯仰角闭环：被控变量由外向内依次为俯仰角和y轴旋转角速率，俯仰角设定值取初始时刻记录的俯仰角配平值；当滚转角与180°偏差小于限定值后，高度控制器闭环：采用三级串级控制结构，被控变量由外向内依次为高度、俯仰角、y轴旋转角速率，高度设定值以当前高度和天向速度外推预设时间来计算。