无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡 线飞行控制方法。
【背景技术】
[0002] 正当世界上一些发达国家积极投入无人驾驶直升机研制时，中国的航空工业者也 在埋头苦干，研制着自己的无人直升机。1993年9月29日，中国第一架共轴式双旋翼无人 驾驶直升机"海鸥"号首飞成功，标志着我国已经攻破了相应的一系列技术难关。据报道， "海鸥"总重量300公斤，发动机功率58. 8千瓦。机上有飞控导航系统和遥测系统，可以自 主飞行或遥控飞行。这种直升机也可用于军事，在战场侦察、探测等方面发挥特殊作用。
[0003] 一般无人直升机在巡线过程中，前飞速度和垂向速度为独立控制通道。当两个航 点之间△h/△ 1较小时，无人直升机将先爬升至目标航点高度，再平飞；但是，当两个航点 之间△h/△ 1较大时，无人直升机将先到达目标航点水平位置，但是不能达到目标航点高 度。这样一来，无人直升机在某些情况下将无法完成巡线任务。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种无人直升机前飞 速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，本发明方法根据两个航点、无人直升机当前的 位置和高度信息，实时计算无人直升机的前飞速度和垂直速度，从而实现无人直升机顺利 爬升至第二个航点高度，完成此类航路的巡线，从而实现了无人直升机对于距离短但高度 差较大的航路巡线作业。
[0005] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的 巡线飞行控制方法，包括如下具体步骤：
[0006] (1)根据无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度为vx，其中，两 个航点之间的水平位置差为A1，垂直高度差为Ah;
[0007] (2)根据无人直升机的前飞速度vx，确定当前垂向速度vz的最大、最小值，根据 i= ，可计算出与当前前飞速度vx相匹配的垂向速度vz;
[0008] (3)计算与当前前飞速度vx相匹配的垂向速度vz，但不能超出最大、最小垂向速度 的限制，其中：
[0009] 若vz超限，即当v__ <匕_，或v_- >FZ_，则取v__或V: ，此时需要根据 4 ^以及当前vz，重新计算vx，其中，无人直升机与目标航点之间的水平位置差为Alh， 垂直高度差为Ahh;
[0010] (4)根据得到的前飞速度vx和垂向速度Vz，分别进行速度闭环控制；
[0011] (5)高度异常调整：当高度设定值与实际飞行高度的偏差大于8m时，进入高度异 常调整模式，将前飞速度的设定值限制为〇_〇. 5m/s，无人直升机中断当前的巡线飞行，垂向 纠正高度误差；在高度偏差为〇_2m时，恢复正常巡线。
[0012] 本发明进一步限定的技术方案是：
[0013] 无人直升机当前位置与目标航点的距离与前飞速度vx的关系为：
[0014] 距离大于2000m时，前飞速度vxS20m/s;
[0015] 距离为 800-2000m时，前飞速度vxS15m/s;
[0016] 距离为200-800m时，前飞速度vxS7m/s;
[0017] 距离为50-200m时，前飞速度vxS3m/s;
[0018] 距离小于0_50m时，前飞速度vxS2m/s。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 本发明设计的飞行控制方法，可根据两个航点以及无人直升机当前的位置、高度 信息，实时计算出一组相互匹配的前飞速度和垂直速度，从而实现无人直升机顺利爬升至 目标航点高度，完成此类航路的巡线；且前飞速度指令由飞控程序根据无人直升机当前位 置与目标航点的距离自动控制，不受外界干预；巡线过程中，前飞速度和垂直速度实现匹配 控制，从而实现了无人直升机对于距离短但高度差较大的航路巡线作业。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的无人直升机与目标航点的巡线示意图；
[0022] 图2是本发明的无人直升机前飞速度/垂向速度匹配的巡线示意图；
[0023] 图3是本发明的无人直升机前飞速度/垂向速度匹配的巡线控制流程图。
【具体实施方式】[0024] 实施例1
[0025] 本实施例提供一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，结 构如图1、图2以及图3所示，包括如下具体步骤：
[0026](1)根据表1，将无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度\为 7.Om/s，其中，两个航点之间的水平位置差A1为400m，垂直高度差Ah为300m;
[0027] (2)根据无人直升机的前飞速度vx，确定当前垂向速度vz的最大、最小值，根据 A/V、 3 = ^，可计算出与当前前飞速度Vx相匹配的垂向速度V2为5. 25m/s;
[0028] (3)计算与当前前飞速度vx相匹配的垂向速度vz，但不能超出最大、最小垂向速度 的限制，'超限，即v 则气 ?9m/s，此时棚鸯，以及当前'，麵计 算'为1. 03m/s，此时，无人直升机与目标航点之间的水平位置差A1h为320m，垂直高度差Ahh为 280m;
[0029] (4)根据得到的前飞速度vx和垂向速度vz，分别进行速度闭环控制；
[0030] (5)高度异常调整：当高度设定值与实际飞行高度的偏差大于8m时，进入高度异 常调整模式，将前飞速度的设定值限制为〇.2m/s，无人直升机中断当前的巡线飞行，垂向纠 正高度误差；在高度偏差为lm时，恢复正常巡线。
[0031] 表 1
[0032]
【主权项】
1. 一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，其特征在于，包括 如下具体步骤： (1) 根据无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度为Vx，其中，两个航 点之间的水平位置差为A1，垂直高度差为Ah; (2) 根据无人直升机的前飞速度vx，确定当前垂向速度vz的最大、最小值，根据
，可计算出与当前前飞速度vx相匹配的垂向速度vz; (3) 计算与当前前飞速度vx相匹配的垂向速度vz，但不能超出最大、最小垂向速度的限 制，其中： 若\超限，即当，或则取1=匕_或Vz=!^，此时需要根据
以及当前^，重新计算vx，其中，无人直升机与目标航点之间的水平位置差为Alh，垂直高度差为Ahh; (4) 根据得到的前飞速度vx和垂向速度vz，分别进行速度闭环控制； (5) 高度异常调整：当高度设定值与实际飞行高度的偏差大于8m时，进入高度异常调 整模式，将前飞速度的设定值限制为〇_〇. 5m/s，无人直升机中断当前的巡线飞行，垂向纠正 高度误差；在高度偏差为〇_2m时，恢复正常巡线。
2. 根据权利要求1所述的无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法， 其特征在于，所述无人直升机当前位置与目标航点的距离与前飞速度vx的关系为： 距离大于2000m时，前飞速度vxS20m/s; 距离为800-2000m时，前飞速度vxS15m/s; 距离为200-800m时，前飞速度\为7m/s; 距离为50-200m时，前飞速度vxS3m/s; 距离小于0-50m时，前飞速度vxS2m/s。
【专利摘要】本发明公开了一种无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法，包括如下具体步骤：(1)根据无人直升机当前位置与目标航点的距离设定当前前飞速度；根据无人直升机的前飞速度vx，确定当前垂向速度vz的最大、最小值；(3)若vz超限，即当或则取或重新计算vx；(4)根据得到的前飞速度vx和垂向速度vz，分别进行速度闭环控制；(5)高度异常调整；本发明控制方法根据两个航点以及无人直升机当前的位置、高度信息，实时计算无人直升机的前飞速度和垂直速度；本方法主要应用于无人直升机探测所巡高压线路的输电线、铁塔、废弃电线杆、高架天线、树林、山脉和丘陵，实现无人直升机在复杂条件下的巡线作业。
【IPC分类】G05D1-10
【公开号】CN104571127
【申请号】CN201410822430
【发明人】王小青, 沈雯, 韩正伟, 张志清, 赵佳, 於拯威, 吴平, 冀明
【申请人】中国人民解放军总参谋部第六十研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月25日