提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法、存储介质、设备及计算机程序产品

本发明扇翼飞行器，具体地，涉及一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法、存储介质、设备及计算机程序产品。

背景技术：

1、扇翼飞行器兼顾固定翼飞机和旋翼机的优越性能，具有强大军事应用前景，其短距起降、低速大载荷的特性，使其在军事上可用作舰载机，完成监测、巡逻、侦查以及运输等任务，同时具有配备充足弹药的能力，并能完成运输物资的任务。但由于扇翼飞行器独特的动力性能，扇翼飞行器在空中飞行大多以一个负的俯仰姿态飞行，同时扇翼动力使其容易受到海上阵风、舰船随机运动、地面效应的干扰，且受到扇翼飞行器自身燃料消耗载荷变化及状态耦合的干扰，增加了其安全着舰的难度。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法、存储介质、设备及计算机程序产品，解决扇翼飞行器着舰过程中受到干扰的问题，实现扇翼飞行器的稳定控制和安全着舰。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1、在舰船甲板上进行aruco人工标记，扇翼飞行器在着舰的过程中，根据aruco人工标记获取舰船的位置信息；

4、步骤2、根据海浪谱模型，模拟舰船在海浪中的沉浮运动；

5、步骤3、扇翼飞行器根据舰船在海浪中的沉浮运动以及舰船的位置信息，通过扇翼转速控制律控制扇翼飞行器的飞行高度，实现扇翼飞行器与舰船的同步运动；

6、步骤4、在扇翼飞行器飞行高度的控制下，通过不确定干扰估计器进行扇翼飞行器基于俯仰角速率内回路的姿态控制，实现扇翼飞行器着舰的纵向控制。

7、进一步地，步骤2包括如下子步骤：

8、步骤201、将海浪谱中的每一个分量的谱峰频率、有效波高和平均周期建立海浪谱模型s(ωωi)：

9、

10、其中，ωωi表示第i个分量的谱峰频率，ti表示第i个分量的平均周期，hsi表示第i个分量的有效波高；

11、步骤202、舰船相对于惯性系运动，海浪受到多普勒频移的影响，根据建立的海浪谱模型确定舰船与海浪的相遇波谱，获取每一个分量上舰船的浮沉运动功率谱sr(ωei)：

12、

13、其中，ωei表示相遇波谱中第i个分量的相遇波频率，se(ωei)表示相遇波谱中第i个分量，u0表示舰船的速度，γ表示舰船的相位角，g表示重力加速度；ra(vei)表示舰船对相遇波谱中第i个分量的相遇波频率的响应振幅；

14、步骤203、对每一个分量上舰船的浮沉运动功率谱中的正弦分量求和，得到舰船在海浪中的沉浮运动信息ys：

15、

16、其中，n表示波浪谱模型中分量的数量，表示第i个分量的随机初始相位，t表示时间变量，mi表示第i个分量的振幅，δωe表示连续遭遇相遇波谱的频率之间的差分步长。

17、进一步地，步骤3中扇翼转速控制律具体为：

18、

19、其中，δn表示扇翼转速，ωz表示扇翼飞行器的俯仰角速率，表示扇翼飞行器的俯仰角速率回路的反馈增益，θ表示扇翼飞行器的俯仰角，表示扇翼飞行器的俯仰角回路的反馈增益，θc表示扇翼飞行器的俯仰角指令，h表示扇翼飞行器的飞行高度，hc表示扇翼飞行器的高度指令，表示高度微分控制回路的反馈增益，表示高度比例控制回路的反馈增益，表示高度积分控制回路的反馈增益。

20、进一步地，步骤4包括如下子步骤：

21、步骤401、根据扇翼飞行器的力矩方程确定外来干扰及扇翼转动附加低头力矩带来的干扰：

22、

23、其中，mz为扇翼飞行器受到的总的俯仰力矩，mz0表示扇翼飞行器的俯仰力矩基本量，表示升降舵作用产生的俯仰力矩，表示扇翼转动带来的附加低头力矩，m′z表示阵风、地面效应等带来的外部干扰力矩，iz表示扇翼飞行器坐标系下绕ozb轴的转动惯量，ix表示扇翼飞行器坐标系下绕oxb轴的转动惯量，iy表示扇翼飞行器坐标系下绕oyb轴的转动惯量，ωx表示滚转角速率，ωy表示偏航角速率，ixy表示惯性积；

24、令令将扇翼飞行器的力矩方程修改为：

25、

26、其中，令集总干扰uz/iz表示扇翼飞行器的俯仰角速率期望控制律，uz表示基于不确定干扰估计器的控制量；

27、步骤402、使扇翼飞行器的俯仰角速率跟踪误差趋近于零，对扇翼飞行器的俯仰角速率跟踪误差求导取扇翼飞行器的俯仰角速率期望控制律并根据一阶低通滤波器的时域表达gf(t)得到近似集总干扰同时，根据一阶低通滤波器的复频域表达得到最终扇翼飞行器的俯仰角速率期望控制律其中，k表示滤波器误差收敛速度，k＞0，表示扇翼飞行器的俯仰角速率指令，uz(s)表示uz(t)的laplace变换，e(s)表示e(t)的laplace变换，τ为一阶低通滤波器的时间常数，s表示复平面的复数变量；

28、步骤403、在扇翼飞行器基于不确定干扰估计器控制的基础上，根据升降舵姿态控制律，实现扇翼飞行器着舰的纵向控制。

29、进一步地，所述升降舵姿态控制律表示为：

30、

31、其中，表示扇翼飞行器升降舵控制的俯仰角控制回路反馈增益，表示扇翼飞行器的俯仰角速率积分控制回路的反馈增益。

32、进一步地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行所述的提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法。

33、进一步地，本发明还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现所述的提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法。

34、进一步地，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法。

35、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：扇翼飞行器因其独特的动力系统，在空中飞行时处于低头飞行姿态，且扇翼转动易受到外来风的干扰，给扇翼飞行器的安全着舰带来挑战，本发明提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法基于不确定干扰估计器进行扇翼飞行器的姿态控制，可以有效抑制外来干扰以及扇翼转动产生附加低头力矩的内部干扰影响，同时着舰时采用扇翼转速控高度，升降舵控姿态，有效解决扇翼飞行器纵向高度和姿态控制的强耦合问题从而实现扇翼飞行器着舰的安全性和稳定性。

技术特征：

1.一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法，其特征在于，步骤2包括如下子步骤：

3.根据权利要求2所述的一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法，其特征在于，步骤3中扇翼转速控制律具体为：

4.根据权利要求3所述的一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法，其特征在于，步骤4包括如下子步骤：

5.根据权利要求4所述的一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法，其特征在于，所述升降舵姿态控制律表示为：

6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-5任一项所述的提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-5任一项所述的提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法。

技术总结
本发明公开了一种提高扇翼飞行器着舰安全性的纵向控制方法、存储介质、设备及计算机程序产品，包括：在舰船甲板上进行ArUco人工标记，扇翼飞行器在着舰的过程中，根据ArUco人工标记获取舰船的位置信息；根据海浪谱模型，模拟舰船在海浪中的沉浮运动，扇翼飞行器通过扇翼转速控制律控制扇翼飞行器的飞行高度，实现扇翼飞行器与舰船的同步运动，并通过不确定干扰估计器进行扇翼飞行器基于俯仰角速率内回路的姿态控制，实现扇翼飞行器着舰的纵向控制。本发明解决了扇翼飞行器着舰过程中受到的外部干扰、内部干扰以及大姿态角飞行着舰安全性问题，简化了控制参数整定过程，实现扇翼飞行器自主安全着舰。

技术研发人员：孟琳,高阳,张嘉超,焦良葆,张剑书,柳圣,路绳方
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22