一种适用于集群系统的自适应油门下限调节方法与流程

本发明属于无人机集群系统，具体涉及一种适用于集群系统的自适应油门下限调节方法。

背景技术：

1、对固定翼无人机集群系统而言，多机编队飞行是实施多样化任务的基本保障。由于部件性能差异、机械装配误差等，不同无人机的飞行能力存在差异；而为了保证飞行安全，无人机油门下限的选择又较为保守。

2、以某固定翼无人机集群为例，根据飞行数据“平均地速/平均油门”斜率曲线可知，大部分无人机的速度控制斜率散布在0.7～0.8之间，若以54％固定油门计算，相同油门条件下不同无人机节点的飞行速度可能相差5.4m/s，即不同无人机油门与速度匹配关系的一致性较差；同时，由平均空速、地速计算可知，大部分无人机的空速测量偏差均大于3m/s，最大测量偏差为6.33m/s、最小测量偏差为2.14m/s，即空速测量存在较大的偏差。为兼顾飞行安全性与长航时需求，编队飞行过程中的飞行速度包线设计为36.5m/s～48m/s，这通过油门限幅来实现。假设编队的期望飞行速度为40m/s，因此从机的减速区间为36.5m/s～40m/s，减速区间过小；同时，由于使用的是固定油门下限，油门偏移量的存在可能导致从机的实际油门下限偏高，其减速能力更差，难以快速实现编队的收敛。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是：首先，分析油门偏移量对多机编队飞行的影响。在油门偏移量为正时，油门上限、下限及实时油门量偏高，a)在从机超前领机较远时，油门下限偏高使从机难以有效减速以等待领机，编队无法快速形成；b)在从机落后领机较远时，油门上限偏高可使从机快速追赶上领机，但相应会造成从机耗电量过大，减少续航。而在油门偏移量为负时，油门上限、下限及实时油门量偏低，a)在从机超前领机较远时，油门下限偏低使从机会减至较低速度，有安全风险，但往往油门下限选择十分保守，其余量足以弥补这一影响；b)在从机落后领机较远时，油门上限偏低会降低从机对领机的追赶能力，而油门上限往往会适当放开，足以应对。以上可知，当油门偏移量为正、且从机超前领机较远时，对多机编队形成影响较大，需要通过修改油门相关策略来调整；其他情况影响较小、或可选择更保守的油门上下限来解决，不宜增加复杂度。

3、因此，本发明要解决的技术问题是固定翼无人机集群系统的油门下限自适应调节。

4、(二)技术方案

5、为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于集群系统的自适应油门下限调节方法，所述下限调节方法包括：

6、步骤1：确定油门下限调整标志量；

7、为避免因误判导致从机油门过低、影响到飞行安全，因此结合实际情况，选取油门下限调整标志量flag_ym_low的判断条件为：

8、(1)该无人机并非领机；

9、(2)该无人机和领机均处于直飞段(转弯后再过3s)；

10、(3)该无人机与领机当前在同一航线；

11、(4)单个时间窗口内的平均前向偏差大于20米；、

12、(5)连续三个时间窗口内平均油门量逼近油门下限(油门量平均值与油门默认下限相差0.5％以内)；

13、(6)该无人机的减速能力不足，当油门量逼近油门下限后再过10秒，从机减速能力变化很小，即连续三个时间窗口的实际平均减速能力相差在0.3以内，同时各个时间窗口内的实际减速能力与理想减速能力相差1m/s以上(其中10秒为减至油门下限后所预留的减速时间，结合减速能力变化条件以避免误判，改变减速能力变化阈值可调节响应时间)；

14、以上条件均满足时，flag_ym_low置1，同时在触发油门下限调整标志量后，在到下一航点之前，保持flag_ym_low＝1；切换到下一航点后，flag_ym_low＝1释放，再根据上述判断条件决定flag_ym_low取值，即是否再次进行油门下限调整；

15、步骤2：确定油门下限实际可调量ym_variation；

16、此时，领机以固定油门量飞行，该从机超前领机、且减速能力不足，其油门量已减至默认油门下限(由于油门正向偏差的存在，油门下限实际偏高)；油门下限实际可调量ym_variation的计算步骤如下：

17、步骤21：基于油门量与理想空速的匹配关系，通过领机当前油门量与该从机默认油门下限分别计算对应的理想空速，对二者作差近似作为此时理想的地速之差(由于是相对量，同一航线上空速之差与地速之差可近似)；

18、步骤22：计算每个时间窗口内领机与该从机实际的平均地速之差(不能直接使用空速作差来近似，会额外引入空速测量偏差)；

19、步骤23：用理想的地速之差减去实际的地速之差，该速度偏移量即为被油门量偏差所抵消的调速能力，基于速度偏移量与油门偏移量匹配关系设计插值表，输出该速度偏移量下对应的油门偏移量(相对领机而言)；

20、步骤24：当油门下限标志量flag_ym_low＝1时，记录此时油门偏移量作为油门下限实际可调量ym_variation，否则ym_variation＝0；

21、步骤25：油门下限实际可调量ym_variation在flag_ym_low由0到1时采集一次，然后在flag_ym_low＝1期间保持该值，之后当flag_ym_low置0时，ym_variation也随之清零，直至下一次flag_ym_low置1；

22、步骤3：计算新的油门下限ym_low；

23、当油门下限调整标志量flag_ym_low＝1、油门下限实时已调量delta_ym_in小于油门下限实际可调量ym_variation时，计算

24、ym_low＝ym_low_in－0.01*ym_variation，

25、delta_ym＝delta_ym_in+0.01*ym_variation，

26、多次迭代实现油门下限的调整；然后，对新的油门下限进行限幅，选取调整后的油门下限与预装的最小油门下限ym_low_min之间的较大值，作为新的油门下限；当油门下限调整标志量flag_ym_low＝0后，油门下限实时已调量delta_ym_in清零。

27、其中，所述步骤1中，所述无人机和领机均处于直飞段的情形包括：转弯后进入直飞段需要再过3s的状态。

28、其中，所述步骤1中，所述连续三个时间窗口内平均油门量逼近油门下限表示：油门量平均值与油门默认下限相差0.5％以内。

29、其中，所述步骤1中，当油门量逼近油门下限后再过10秒，其中，10秒为减至油门下限后所预留的减速时间，结合减速能力变化条件以避免误判，改变减速能力变化阈值可调节响应时间。

30、其中，所述步骤2中，领机以固定油门量飞行，该从机超前领机、且减速能力不足，其油门量已减至默认油门下限；

31、这里，由于油门正向偏差的存在，油门下限实际是偏高的。

32、其中，所述步骤21中，基于油门量与理想空速的匹配关系，通过领机当前油门量与该从机默认油门下限分别计算对应的理想空速，对二者作差近似作为此时理想的地速之差；

33、这里，由于是相对量，同一航线上空速之差与地速之差可近似。

34、其中，所述步骤22中，计算每个时间窗口内领机与该从机实际的平均地速之差；

35、这里，不能直接使用空速作差来近似，会额外引入空速测量偏差。

36、其中，所述步骤23中，用理想的地速之差减去实际的地速之差，该速度偏移量即为被油门量偏差所抵消的调速能力，基于速度偏移量与油门偏移量匹配关系设计插值表，输出该速度偏移量下对应的油门偏移量；

37、这里，油门偏移量是相对领机而言的。

38、(三)有益效果

39、与现有技术相比较，本发明提出的一种适用于集群系统的自适应油门下限调节方法，通过严谨、合理的油门下限调节标志量判断，使存在油门偏移量的从机在合适的时机激活油门下限自适应调节功能；根据从机相对于领机的实际减速能力与其理想减速能力之间的差异，估计出其油门偏移量，并以此调节油门下限。该方法可大幅提高从机的减速能力，加快编队收敛速度，有助于以编队飞行为基础的各类任务的开展，在固定翼无人机集群系统中具有广阔的应用前景。