一种无人自转旋翼机降落控制方法

1.一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、无人自转旋翼机进入降落状态后，以巡航高度、巡航速度自主飞行至盘旋降高点，准备进入盘旋降高段；步骤二、无人机进入盘旋降高段，由盘旋降高点盘旋下降至第一安全高度，速度继续保持巡航速度，进一步保持第一安全高度飞至下滑点，准备进入陡下滑段；步骤三、无人机进入陡下滑段，此时为获得最大下沉率，将油门收到怠速油门，通过桨盘俯仰控制空速，保持桨盘滚转舵控制侧偏，方向舵控制航向的控制律，陡下滑至第二安全高度，准备进入浅下滑段；步骤四、无人机进入浅下滑段，此时采用跟飞下滑线的直线下滑策略，减小下沉速度、逐渐调整姿态，通过油门控制空速，通过桨盘俯仰控制高度，使无人机沿着固定直线轨迹下降；此时机身姿态与下降速度和空速相关，通过设置轨迹坡度与目标空速，使无人机俯仰角适当增加，为后续拉飘段做准备；具体方法为：首先根据目标高度与当前高度的差值进行经典PID控制，通过外环PID控制律计算出目标俯仰角，具体控制律为：其中，θ a 为目标俯仰角， 分别为高度反馈增益、升降速度反馈增益、高度积分增益， 为下沉速度，H a 、H c 分别为目标高度、当前高度，KYR为滚转角前馈增益，Φ c 为当前滚转角；将计算出的目标俯仰角与通过机载惯导等姿态测量传感器测得的当前俯仰角进行内环PID控制律解算，引入俯仰角速率微分环节；在内环PID控制律解算过程中，还引入滚转角前馈环节，转弯时滚转姿态会造成升力损失导致飞机高度下降，通过引入滚转角前馈量提前拉升姿态，防止飞机转弯时掉高；将计算得到的值进行限幅，发送给桨盘俯仰舵执行，具体控制律为：其中，δ e 为桨盘俯仰舵量， 分别为高度控制时俯仰角反馈增益、俯仰角速率反馈增益、俯仰角积分增益，q为俯仰角速率，θ a 、θ c 分别为目标俯仰角、当前俯仰角；步骤五、无人机沿下滑线下降到第三安全高度，达到飘落点，开始进入拉飘段；此时将油门缓慢收到怠速油门，使发动机怠速旋转；同时通过桨盘俯仰控制俯仰角至设置的飘落角，通过桨盘滚转控制机身滚转姿态保持水平，通过方向舵控制飞机航向，且将增益放大，增大方向舵控制幅度；步骤六、无人机以正俯仰角缓慢飘落，两主轮先触地；依旧保持桨盘控制俯仰角，油门保持怠速油门，发动机保持怠速转速，桨盘滚转控制滚转角，方向舵控制航向角以减小侧偏；步骤七、无人机俯仰角逐渐减小，前轮接地进入三轮接地状态，开始进行地面滑跑控制；保持当前桨盘俯仰舵量，油门保持怠速，逐渐缓慢刹车，速度逐渐减小；桨盘滚转控制滚转角保持机身水平，此时前轮和方向舵共同控制飞机航向以减小侧偏；步骤八、无人机速度逐渐降低，停止后，发动机关车。 2.如权利要求1所述一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：步骤二中，在盘旋下降过程中，航向控制方式为：外环控制为侧偏距制导，优先保证飞机的航线跟踪精度，根据目标航点与当前位置计算侧偏距δy，经过外环PID控制得到目标航向，具体控制律为：其中，ψ a 为目标航向角， 分别为侧偏距反馈增益、侧向速度反馈增益、侧偏距积分增益，δ y 为侧偏距， 为侧向速度；航向内环仅有微分环节，空中飞行时方向舵仅起到航向增稳作用，内环姿态控制律为：其中，δ r 为方向舵舵量， 分别为航向角反馈增益、航向角速率反馈增益，r为航向角速率，ψ a 、ψ c 分别为目标航向角、当前航向角。 3.如权利要求1所述一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：步骤二中，在盘旋下降过程中，横向控制通过桨盘横滚舵实现，通过桨盘横滚舵消除侧偏距与航向偏差，具体方式为：首先根据侧偏距进行外环PID控制律解算，同时引入航向偏差，目的是与方向舵进行协调转弯，将计算得到的值进行限幅，防止计算的目标滚转角过大导致滚转姿态过大，得到目标滚转角，具体控制律为：其中，Φ a 为目标滚转角， 分别为侧偏距反馈增益、侧向速度反馈增益、侧偏距积分增益，δ y 为侧偏距， 为侧向速度，KRZ为航向偏差增益，Δψ为航向偏差；将计算出的目标滚转角与通过机载惯导等姿态测量传感器测得的当前滚转角进行内环控制律解算，将计算得到的值进行限幅，发送给桨盘横滚舵执行；具体控制律为：其中，δ a 为桨盘滚转舵量， 分别为滚转角反馈增益、滚转角速率反馈增益、滚转角积分增益，p为滚转角速率，Φ a 、Φ c 分别为目标滚转角、当前滚转角。 4.如权利要求1所述一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：步骤三中，无人机在进行陡下滑时，通过桨盘俯仰控制空速，具体方式为：首先根据目标空速与当前空速进行外环PID控制律解算，得到目标俯仰角θ a ，具体控制律为：其中，θ a 为目标俯仰角， 分别为空速反馈增益、前进加速度反馈增益、空速积分增益，a x 为前进加速度，V a 、V c 分别为目标空速、当前空速；将计算出的目标俯仰角与通过机载惯导等姿态测量传感器测得的当前俯仰角进行内环PID控制律解算，在内环控制时引入俯仰角速率环节，俯仰角速率为微分环节，再将内环PID计算后得到的值进行限幅，发送给桨盘俯仰舵机执行；具体控制律为：其中，δ e 为桨盘俯仰舵量， 分别空速控制时俯仰角反馈增益、俯仰角速率反馈增益、俯仰角积分增益，q为俯仰角速率，θ a 、θ c 分别为目标俯仰角、当前俯仰角。 5.如权利要求1所述一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：步骤四中，油门控制空速的具体方法如下：根据目标空速与当前空速的差值进行比例和积分控制，将计算得到的值进行限幅发送给油门舵机执行；具体控制律为：其中，δ p 为油门舵机舵量， 分别为速度反馈比例增益、速度积分增益，V a 、V c 分别为目标空速、当前空速。 6.如权利要求1所述一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：步骤六中，两主轮触地判断方式为：左轮轮速大于空速一半，右轮轮速大于地速一半，并且同时保持1s以上，则判断进入两轮滑跑状态；上述左轮轮速与右轮轮速为由轮速传感器测得轮速转换的飞机速度，如公式：V轮＝120πnR轮                          (10)其中，n为轮速传感器测得轮速，单位为rpm，R轮为相应轮胎半径，单位为m。 7.如权利要求1所述一种无人自转旋翼机降落控制方法，其特征在于：步骤七中，前轮接地的判断条件为：前轮轮速大于地速一半并保持1s且俯仰角小于2°。