一種常值風干擾平流層飛艇定點控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于浮空飛艇的自動控制領(lǐng)域。本發(fā)明具體涉及一種常值風干擾平流層飛 艇定點控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛艇是一種輕于空氣的飛行器，屬于浮空器類，它不像傳統(tǒng)飛行器那樣依靠氣動 力來提供升力，而是主要依靠浮力提供靜升力，因此可以實現(xiàn)低速飛行，甚至是在空中長期 保持定點懸浮，即相對地面靜止，這使得它能作為一種平臺長期的駐空來進行觀測和通信。 平流層飛艇平臺能否實現(xiàn)，其根本在于飛艇滯空時間的長短，即能否始終保持在期望的位 置；平流層飛艇在定點懸停飛行時，最重要的是飛艇水平位置能夠保持在指定空域內(nèi)。要保 持飛艇的位置不變，需要克服平流層環(huán)境中的各種干擾因素，其中對位置控制影響最大的 就是風干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為：提供一種常值風干擾平流層飛艇定點控制方法， 解決了飛艇定點控制風干擾的問題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] 一種常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1、根據(jù)飛艇的當前位置、定點懸停的目標點位置以及風向和風速大小，采用 平面幾何的方法計算飛艇當前位置與目標點位置的軸向和垂向位置偏差；
[0007] 步驟2、根據(jù)軸向位置以及風速的大小，采用經(jīng)典的PID方法計算飛艇的當前軸向 位置偏差大小，根據(jù)當前飛艇的飛行速度計算飛行速度偏差大小；
[0008] 步驟3、根據(jù)軸向位置偏差大小和飛行速度偏差大小調(diào)節(jié)飛艇軸向的位置和飛行 速度；
[0009] 步驟4、根據(jù)側(cè)向位置、風干擾的方向采用PID方法計算飛艇的側(cè)向位置偏差以及 飛艇航頭與風向的夾角；
[0010] 步驟5、調(diào)節(jié)飛艇的艇頭與風向之間的夾角至預先設(shè)定的夾角值，調(diào)節(jié)飛艇側(cè)向的 位置及飛行速度；
[0011] 步驟6、實時保持飛艇以調(diào)節(jié)后的位置、飛行速度及與風向的夾角飛行，直至飛艇 飛至預先設(shè)定的目標位置。
[0012] 所述飛艇的側(cè)向偏差dy采用如下公式計算：
【主權(quán)項】
1. 一種常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1、根據(jù)飛艇的當前位置、定點懸停的目標點位置以及風向和風速大小，采用平面 幾何的方法計算飛艇當前位置與目標點位置的軸向和垂向位置偏差； 步驟2、根據(jù)軸向位置以及風速的大小，采用經(jīng)典的PID方法計算飛艇的當前軸向位置 偏差大小，根據(jù)當前飛艇的飛行速度計算飛行速度偏差大??； 步驟3、根據(jù)軸向位置偏差大小和飛行速度偏差大小調(diào)節(jié)飛艇軸向的位置和飛行速 度； 步驟4、根據(jù)側(cè)向位置、風干擾的方向采用PID方法計算飛艇的側(cè)向位置偏差以及飛艇 航頭與風向的夾角； 步驟5、調(diào)節(jié)飛艇的艇頭與風向之間的夾角至預先設(shè)定的夾角值，調(diào)節(jié)飛艇側(cè)向的位置 及飛行速度； 步驟6、實時保持飛艇以調(diào)節(jié)后的位置、飛行速度及與風向的夾角飛行，直至飛艇飛至 預先設(shè)定的目標位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，其特征在于：所述飛 艇的側(cè)向偏差dy采用如下公式計算：
其中，入為常值風的風速大小，I為常值風的風向，Χ〇= (XmyohX1^= (Xuy1)分別為 定點懸停的目標點和飛艇當前位置坐標。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，其特征在于：所述飛 艇的軸向位置偏差dx采用如下公式計算：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，其特征在于：所述飛 艇的推進發(fā)動機開度Il1采用如下公式計算：
其中，C、<「分別速度回路的比例和積分增益，Vx為飛艇的軸向速度，Ve為飛艇的 跟蹤給定速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，其特征在于：所述飛 艇的偏航發(fā)動機開度n2采用如下公式計算：
其中，巧i'為側(cè)向偏差到航向角給定回路的比例增益，C分別航向角跟蹤和控 制回路的比例和積分增益，為飛艇的給定航向，Φ為飛艇的航向。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種常值風干擾平流層飛艇定點控制方法，首先，根據(jù)飛艇的當前位置、定點懸停的目標點位置以及風向和風速大小，采用平面幾何的方法計算飛艇當前位置與目標點位置的軸向和垂向位置偏差；其次，根據(jù)軸向位置、風速的大小、側(cè)向位置、風干擾的方向，采用經(jīng)典的PID方法計算飛艇的當前軸向位置偏差大小,根據(jù)當前飛艇的飛行速度計算飛行速度偏差大小、側(cè)向位置偏差以及飛艇航頭與風向的夾角；然后，調(diào)節(jié)飛艇軸向、側(cè)向的位置及飛行速度；直至飛艇飛至預先設(shè)定的目標位置。本發(fā)明考慮了常值風干擾的影響，采用經(jīng)典的PID結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了位置保持控制器的推進和偏航控制通道，實現(xiàn)簡單，控制性能穩(wěn)定。
【IPC分類】G05D1-10
【公開號】CN104656657
【申請?zhí)枴緾N201410843867
【發(fā)明人】陳欣, 肖鳴超, 李春濤
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月30日