一种无人直升机高精度位置保持控制方法
【专利摘要】一种无人直升机高精度位置保持控制方法，属于无人直升机飞行控制【技术领域】，其特征在于，包括如下步骤：根据位置偏差，当位置偏差超过门限值XI时，采用人工遥调方式；当位置偏差在门限值XI和X2之间时，采用自动配平方式；当位置偏差小于门限值X2时，采用高精度位置反馈控制方式；通过自动配平可将位置偏差控制在X2范围内，采用基于非线性PID控制器反馈控制方法，给出了位置控制律。本发明对稳定风场和紊流场具有较强的适应能力，本发明给出的位置控制律，在位置偏差进入一定区域后，随着偏差的降低，控制增益提高，保证控制精度，同时相角超前增大，弥补因增益提高导致的相角裕度损失，保证稳定性。
【专利说明】一种无人直升机高精度位置保持控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无人直升机飞行控制【技术领域】，涉及一种无人直升机在悬停状态下的 位置保持的方法。
【背景技术】
[0002]无人直升机在受限平台（大厦停机坪、舰船甲板等）下进行自动着陆时，对位置控 制精度有极高的要求。ADS-33直升机飞行品质规范中对位置控制精度也有明确的规定。现 代控制方法虽然能达到比传统控制更优越的性能，但是其设计方法必须以准确的对象数学 模型为依据，而直升机由于其复杂的动力学特性，难以建立准确的数学模型。
[0003] 因此，以物理概念为依据，不追求模型准确的控制方法是为当前无人直升机飞行 控制所推崇的，基于PID控制器的反馈控制方法也正是因为这些特性在飞行控制领域得到 了广泛的应用。但是，常规的基于PID控制器的反馈控制方法由于控制功效的限制难以满 足复杂环境下进行高精度位置控制的需求。在某样例无人直升机中已经验证过，仅仅依靠 基于PID控制器的反馈控制方法难以抑制高速变化的风场，如突风和紊流风，并且在常值 风的干扰下，样例无人直升机会存在固定的位置偏差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是：解决悬停状态下抗风扰动的问题，对高频风和低频风具有较强 的适应能力，提高无人直升机位置保持的精度。
[0005] 本发明的技术方案：无人直升机自身动态特性及外界环境的影响，决定其难以提 高控制精度，在常规控制下，为了提高控制精度，一方面可提高积分权限，以产生足够的控 制量来平衡风场；另一方面可提高位置控制增益，减小位置偏差。但是一味增大积分权限会 带来隐患，其累积和释放过程非常缓慢，难以适应飞行状态的变化（如悬停回转）。提高位 置控制增益可增强位置控制能力，提高控制增益，但控制增益的调节区间有限，否则容易诱 发震荡。结合安全性和抗风能力的需求，提出了以下的控制方案。
[0006] 控制方案：该控制方案如【专利附图】
【附图说明】中图1所示。其中XI、X2为高精度位置控制分 段控制模式的切入判断条件。XI为人工遥调控制方式和自动配平方式的分界点，X2为自动 配平方式和高精度位置反馈控制方式的分界点；一般设定Π 为无人直升机以着陆点为圆 心的可安全着陆区域的半径，X2为以着陆点为圆心的最佳着陆区域的半径。
[0007] 一种无人直升机高精度位置保持控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008] 第一，根据位置偏差，当位置偏差超过门限值XI时，采用人工遥调方式；
[0009] 第二，当位置偏差在门限值XI和X2之间时，采用自动配平方式；
[0010] 第三，当位置偏差小于门限值X2时，采用高精度位置反馈控制方式；
[0011] 通过自动配平可将位置偏差控制在X2范围内，采用基于非线性PID控制器反馈控 制方法，位置控制律为：
[0012]
【权利要求】
1. 一种无人直升机高精度位置保持控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 第一，根据位置偏差，当位置偏差超过门限值XI时，采用人工遥调方式； 第二，当位置偏差在门限值XI和Χ2之间时，采用自动配平方式； 第二，当位置偏差小于门限值Χ2时，米用1?精度位直反馈控制方式； 通过自动配平可将位置偏差控制在X2范围内，采用基于非线性PID控制器反馈控制方 法，位置控制律为： = K,sign(M：) -γ l+Mvx. - Δ?ζ 网:>.￥ ..I ? ： 3(1-*) δζ+^4 m a a 0<?<1 。
2. 根据权利要求1所述的无人直升机尚精度位置保持控制方法，其特征在于，所述位 置控制律传递函数为： ￠^) ..4Y < :減 )
【文档编号】G05D1/10GK104216415SQ201410425024
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】阚兆成, 曾国贵, 廖智麟, 王娟, 王刚强, 党少飞 申请人:中国直升机设计研究所