一种常值风干扰平流层飞艇定点控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于浮空飞艇的自动控制领域。本发明具体涉及一种常值风干扰平流层飞 艇定点控制方法。
【背景技术】
[0002] 飞艇是一种轻于空气的飞行器，属于浮空器类，它不像传统飞行器那样依靠气动 力来提供升力，而是主要依靠浮力提供静升力，因此可以实现低速飞行，甚至是在空中长期 保持定点悬浮，即相对地面静止，这使得它能作为一种平台长期的驻空来进行观测和通信。 平流层飞艇平台能否实现，其根本在于飞艇滞空时间的长短，即能否始终保持在期望的位 置；平流层飞艇在定点悬停飞行时，最重要的是飞艇水平位置能够保持在指定空域内。要保 持飞艇的位置不变，需要克服平流层环境中的各种干扰因素，其中对位置控制影响最大的 就是风干扰。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题为：提供一种常值风干扰平流层飞艇定点控制方法， 解决了飞艇定点控制风干扰的问题。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] 一种常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1、根据飞艇的当前位置、定点悬停的目标点位置以及风向和风速大小，采用 平面几何的方法计算飞艇当前位置与目标点位置的轴向和垂向位置偏差；
[0007] 步骤2、根据轴向位置以及风速的大小，采用经典的PID方法计算飞艇的当前轴向 位置偏差大小，根据当前飞艇的飞行速度计算飞行速度偏差大小；
[0008] 步骤3、根据轴向位置偏差大小和飞行速度偏差大小调节飞艇轴向的位置和飞行 速度；
[0009] 步骤4、根据侧向位置、风干扰的方向采用PID方法计算飞艇的侧向位置偏差以及 飞艇航头与风向的夹角；
[0010] 步骤5、调节飞艇的艇头与风向之间的夹角至预先设定的夹角值，调节飞艇侧向的 位置及飞行速度；
[0011] 步骤6、实时保持飞艇以调节后的位置、飞行速度及与风向的夹角飞行，直至飞艇 飞至预先设定的目标位置。
[0012] 所述飞艇的侧向偏差dy采用如下公式计算：
【主权项】
1. 一种常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1、根据飞艇的当前位置、定点悬停的目标点位置以及风向和风速大小，采用平面 几何的方法计算飞艇当前位置与目标点位置的轴向和垂向位置偏差； 步骤2、根据轴向位置以及风速的大小，采用经典的PID方法计算飞艇的当前轴向位置 偏差大小，根据当前飞艇的飞行速度计算飞行速度偏差大小； 步骤3、根据轴向位置偏差大小和飞行速度偏差大小调节飞艇轴向的位置和飞行速 度； 步骤4、根据侧向位置、风干扰的方向采用PID方法计算飞艇的侧向位置偏差以及飞艇 航头与风向的夹角； 步骤5、调节飞艇的艇头与风向之间的夹角至预先设定的夹角值，调节飞艇侧向的位置 及飞行速度； 步骤6、实时保持飞艇以调节后的位置、飞行速度及与风向的夹角飞行，直至飞艇飞至 预先设定的目标位置。
2. 根据权利要求1所述的常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，其特征在于：所述飞 艇的侧向偏差dy采用如下公式计算：
其中，入为常值风的风速大小，I为常值风的风向，Χ〇= (XmyohX1^= (Xuy1)分别为 定点悬停的目标点和飞艇当前位置坐标。
3. 根据权利要求1所述的常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，其特征在于：所述飞 艇的轴向位置偏差dx采用如下公式计算：
4. 根据权利要求1所述的常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，其特征在于：所述飞 艇的推进发动机开度Il1采用如下公式计算：
其中，C、<「分别速度回路的比例和积分增益，Vx为飞艇的轴向速度，Ve为飞艇的 跟踪给定速度。
5. 根据权利要求1所述的常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，其特征在于：所述飞 艇的偏航发动机开度n2采用如下公式计算：
其中，巧i'为侧向偏差到航向角给定回路的比例增益，C分别航向角跟踪和控 制回路的比例和积分增益，为飞艇的给定航向，Φ为飞艇的航向。
【专利摘要】本发明公开了一种常值风干扰平流层飞艇定点控制方法，首先，根据飞艇的当前位置、定点悬停的目标点位置以及风向和风速大小，采用平面几何的方法计算飞艇当前位置与目标点位置的轴向和垂向位置偏差；其次，根据轴向位置、风速的大小、侧向位置、风干扰的方向，采用经典的PID方法计算飞艇的当前轴向位置偏差大小,根据当前飞艇的飞行速度计算飞行速度偏差大小、侧向位置偏差以及飞艇航头与风向的夹角；然后，调节飞艇轴向、侧向的位置及飞行速度；直至飞艇飞至预先设定的目标位置。本发明考虑了常值风干扰的影响，采用经典的PID结构设计实现了位置保持控制器的推进和偏航控制通道，实现简单，控制性能稳定。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104656657
【申请号】CN201410843867
【发明人】陈欣, 肖鸣超, 李春涛
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月30日