1.一种基于桨盘姿态控制的无人自转旋翼机飞行控制方法,其特征在于:分为纵向控制通道和水平航迹控制通道;所述纵向控制通道根据目标高度与当前高度的差值进行区分,具体为:当|目标高度-当前高度|>30m时,纵向控制方法采用爬升/下降模式,优先保证空速,此时将目标速度与当前空速的差值进行PID控制中的比例和积分控制,将经过PI控制计算得到的目标桨盘俯仰角作为内环姿态控制的目标量,油门舵机保持对应的爬升或下降位置;具体为:S1:根据目标空速与当前空速进行误差解算,经过外环PI控制器计算出目标桨盘俯仰角θ a ,具体计算方法为:其中,θ a 为目标桨盘俯仰角, 分别为空速反馈增益、空速积分增益,V a 、V c 分别为目标空速、当前空速;S2:将步骤S1中计算出的目标桨盘俯仰角和AHRS测量得出的当前桨盘俯仰角做差,进行内环PID控制律解算;其中微分环节在内环控制时引入俯仰角速率环节,再将内环PID计算后得到的桨盘俯仰舵机指令值进行最大值限幅,发送给桨盘俯仰舵机执行;具体计算方法为: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 分别为目标桨盘俯仰角、当前桨盘俯仰角,KYR为滚转角前馈增益,Φ c 为当前滚转角;S3:在爬升时为了获得最大爬升率,油门处于最大位置;在下降时为了获得最大下沉率,油门处于怠速位置;当|目标高度-当前高度|<30m,纵向控制方法采用定高模式,优先保证高度的控制精度,将目标高度与当前高度的高度差值进行PID控制中的比例和积分控制,并且引入高度变化率进行微分控制,将经过PID控制计算得到的目标桨盘俯仰角作为内环姿态控制的目标量,将速度差值进行PID控制中的比例和积分控制,将经过PI控制计算得到的油门舵机指令值发送给油门舵机执行;具体为:S1:目标高度与当前高度的差值经过纵向外环PI控制器,同时引入升降速度作为微分环节,通过外环PID控制律计算出目标桨盘俯仰角为:其中,θ a 为目标桨盘俯仰角, 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;S2:将步骤S1中计算出的目标桨盘俯仰角和由AHRS测量得出的当前桨盘俯仰角做差,根据内环PID控制器中的比例、积分和微分控制器解算,得到桨盘俯仰舵量指令值;同时引入滚转角前馈环节,通过引入滚转角前馈量使得在转弯出现滚转角时提前拉升姿态;计算得到的桨盘俯仰舵量指令值进行最大值限幅,发送给桨盘俯仰舵机执行;引入滚转角前馈量的内环PID控制律的具体计算方法为: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 分别为目标桨盘俯仰角、当前桨盘俯仰角,KYR为滚转角前馈增益,Φ c 为当前滚转角;S3:通过油门控制空速,根据目标空速与当前空速的差值进行比例P和积分I控制,将计算得到的油门舵机舵量指令值进行最大值限幅发送给油门舵机执行,具体计算方法为: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;所述水平航迹控制通道通过桨盘横滚舵实现,外环采用侧偏距控制,侧偏距主要作为滚转姿态内环控制的输入量,通过桨盘滚转舵调整无人机滚转角产生侧向分力使飞机水平运动消除侧偏距,方向舵与桨盘横滚舵联合转弯,在空中方向舵主要对航向进行增稳控制。
2.如权利要求1所述一种基于桨盘姿态控制的无人自转旋翼机飞行控制方法,其特征在于:当|目标高度-当前高度|>30m时,纵向控制方法中爬升和下降时设计的目标空速随海拔不同线性变化,设计爬升/下降时目标空速为:V a =-0.001349*H+29.94其中,H为海拔高度,单位为m。
3.如权利要求1所述一种基于桨盘姿态控制的无人自转旋翼机飞行控制方法,其特征在于:水平航迹控制具体方法设计为:S1:根据目标航点与当前位置计算侧偏距y,经过外环PID控制得到目标航向为: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;S2:航向内环引入微分环节,空中飞行时方向舵仅起到航向增稳作用,转弯时与横向通道共同完成协调转弯,航向内环姿态控制律为: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;S3:根据目标航点与当前位置计算出侧偏距y,横向外环对侧偏距进行外环PI控制解算,同时引入航向偏差前馈量,目的是与方向舵进行协调转弯,将计算得到的值进行限幅(此处限幅为防止计算的目标滚转角过大导致滚转姿态过大),得到目标桨盘滚转角,具体计算方法为:其中,Φ a 为目标桨盘滚转角, 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;S4:将步骤S3中计算出的目标桨盘滚转角与当前桨盘滚转角进行内环控制律解算,将计算得到的桨盘滚转舵机指令值进行最大值限幅,防止指令值超出舵机限位,发送给桨盘滚转舵机执行,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 分别为目标桨盘滚转角、当前桨盘滚转角。