一种无人机的非线性导航寻迹控制方法
【专利摘要】本发明的无人机的非线性导航寻迹控制方法，其采用固定的导航控制周期，根据无人机的四种不同的飞行状态及其偏离情况，得出导航角，从而根据导航角对无人机执行非线性的导航寻迹控制，确保在执行不同的航线飞行任务时，无人机都能根据不同航线的特点和当前偏离航线的程度，得到合适的导航角，使得无人机能够更好地实现压航线飞行，提高了对无人机导航控制的准确度，并且能够通过调整导航寻迹控制中的相关参数，随时根据无人机的飞行速度v进行动态调整，克服了现有技术中PID参数不能动态地进行调整的问题，提高了对无人机进行导航寻迹控制的灵活性。
【专利说明】一种无人机的非线性导航寻迹控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无人飞机系统(Unmanned Aerial Vehicle,简称UAV)自主导航的非线性导航寻迹控制方法，属于飞行器导航控制方法领域，适用于无人飞机系统自主导航的控制方法和应用技术研究。
【背景技术】
[0002]无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控遥测设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上安装有导航飞行控制系统、程序控制装置以及动力和电源等设备。地面遥控遥测站人员通过数据链等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和进行实时数据传输。与载人飞机相比，它具有适应多种飞行环境要求的特点，特别是可以承担人力所不及的长航时飞行或高风险飞行，飞行航线和姿态控制精度高，可广泛用于航空遥感、气象研究、农业飞播和病虫害防治中；在战争中更具有特殊的优势，可广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰和武器打击等。
[0003]无人机的飞行控制器主要包括导航级和控制级，其中无人机导航级的基本任务是精确确定无人机载水平空间中的位置，解决飞机如何以预定空速飞行在预定高度的问题，以及如何转弯飞往目标问题，通过算法给出飞机需要的俯仰角、油门和横滚角，并使其能按预定航线飞行，然后交给控制级进行控制解算。线性的导航控制算法以被广泛地应用于无人机飞行器中，例如:采用传统的PID控制方法，根据偏航距(当前无人机的地理位置与预定的航迹路线的距离)计算飞机的导航角。在PID控制方法中，如果当前无人机继续偏离预设的航线飞行时，导航角的比例项与积分项符号相同，增大积分项的运算，使得无人机更快地向预设的航线飞行；如果当前无人机靠近预设的航线飞行时，导航角的比例项与积分项的符号相反，阻碍了积分项的运算，减慢或停止无人机继续向靠近预设航线的方向飞行，避免了积分超调或者无人机在预设的航线上振荡的现象。
[0004]但是，传统的PID算法仍具有以下不足之处:(I)在复杂的规划航迹任务中由于偏航距的计算误差较大，传统的PID算法导航效果较差，压航线效果较差，准确度不高。(2)由于PID算法是线性的，PID参数整定的过程中必然会遇到系统稳定性与准确性之间的矛盾，往往是取比例、积分和微分三部分控制作用的折衷，难于收到最佳的效果。并且，PID参数不能动态地进行调整，准确度不高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种无人机的非线性导航寻迹控制方法，用以提高对无人机导航控制的准确度，使得无人机能够更好地实现压航线飞行，解决现有技术中对无人机航线控制准确度不高的问题。
[0006]为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0007]一种无人机的非线性导航寻迹控制方法，其特征在于，通过GPS定位实时地获取当前无人机的地理位置和飞行方向，并以固定的导航控制周期执行导航寻迹控制；每当导航控制周期到达时，执行导航寻迹控制的步骤包括:
[0008](I)判断当前的飞行模式，若当前飞行模式为盘旋式的飞行模式，执行步骤8 ;若当前飞行模式为直线式的飞行模式，执行步骤2 ；
[0009](2)确定目标距离La。，单次飞行距离L1 dist和航线偏离系数X ;所述目标距离Lac是指当前无人机的地理位置到预设的航线终点的地理位置之间的距离；所述单次飞行距离Lljist是指无人机在一个导航控制周期内飞行的距离；所述航线偏离系数X是指目标距离Lac在预设的直线式航线上的投影和目标距离Lac之间的比值；
[0010]所述单次飞行距离L1 dist按下式确定:
[0011 ]
【权利要求】
1.一种无人机的非线性导航寻迹控制方法，其特征在于，通过GPS定位实时地获取当前无人机的地理位置和飞行方向，并以固定的导航控制周期执行导航寻迹控制；每当导航控制周期到达时，执行导航寻迹控制的步骤包括: (1)判断当前的飞行模式，若当前飞行模式为盘旋式的飞行模式，执行步骤8;若当前飞行模式为直线式的飞行模式，执行步骤2 ; (2)确定目标距离La。，单次飞行距离Lldist和航线偏离系数X ;所述目标距离La。是指当前无人机的地理位置到预设的航线终点的地理位置之间的距离；所述单次飞行距离L1 dist是指无人机在一个导航控制周期内飞行的距离；所述航线偏离系数X是指目标距离La。在预设的直线式航线上的投影和目标距离Lac之间的比值； 所述单次飞行距离Ll dist按下式确定:
2.如权利要求1所述的无人机的非线性导航寻迹控制方法，其特征在于，所述导航控制周期Luraiml的取值范围为10~50ms ;所述阻尼系数L1 d_ng的取值范围为0.6~I。
3.如权利要求2所述的无人机的非线性导航寻迹控制方法，其特征在于，当所述导航控制周期Luraitxl每改变1ms，所述阻尼系数L1 damping的值相应地改变0.05。
【文档编号】G05D1/10GK103728981SQ201410041862
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】黄鸿, 曲焕鹏, 梁爽, 谢吉海 申请人:重庆大学