一种固定翼无人机降落系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种固定翼无人机降落系统，解决了现有固定翼无人机在进近阶段需要较长的降落长度的技术问题。包括设定系统、测速系统、控制系统和动力系统；所述设定系统，用于确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度和阈值；所述测速系统，用于获取所述无人机的实际飞行速度；所述控制系统，用于获取所述预期速度与所述实际飞行速度的差值，根据所述差值的绝对值与所述阈值调整所述无人机的动力系统输出。本实用新型通过无人机实际飞行速度与预期速度之间的偏差完成对无人机飞行速度的调节，实现通过速度闭环控制的方法来进行固定翼无人机降落，根据本实用新型提供的技术方案可以让固定翼无人机缩短降落全过程的距离。
【专利说明】
一种固定翼无人机降落系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种固定翼无人机降落系统。
【背景技术】
[0002]固定翼飞机简称定翼机，是指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的航空器。
[0003]滑行降落是现有固定翼无人机的一种降落方法，滑行降落主要有两个阶段，进近阶段和着陆阶段。其中进近阶段指无人机在空中接近降落点并降低高度的阶段，着陆阶段指无人机到达地面并减速到停机的阶段。
[0004]固定翼无人机在空中飞行速度较高，无人机在进近阶段中需要把速度降低才能进入着落阶段，现有的无人机在空中减速主要靠空气阻力来减速。
[0005]现有无人机降落方法具有以下缺陷:一、空气阻力减速效率比较低，因此固定翼无人机在进近阶段需要有较长距离，无法在短距离内做到快速减速;二、无人机着陆前速度具有较大不确定性，固定翼无人机在相同速度下的顺风和逆风受到的空气阻力差别较大，会导致着陆前速度不确定。因此现有固定翼无人机降落方法在进近阶段需要有较大净空空间和较长的距离，限制了固定翼无人机的应用场合。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的发明目的在于提供一种固定翼无人机降落系统，本实用新型提供的技术方案通过使用速度闭环控制的方法对固定翼无人机的降落速度进行控制，解决了现有固定翼无人机采用滑行降落时需要有较大净空空间和较长的距离的技术问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种固定翼无人机降落系统，包括:设定系统、测速系统、控制系统和动力系统;所述设定系统，用于确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度和阈值;所述测速系统，用于获取所述无人机的实际飞行速度;所述控制系统，用于获取所述预期速度与所述实际飞行速度的差值，根据所述差值的绝对值与所述阈值调整所述无人机的动力系统输出，令调整后的实际飞行速度与所述预期速度之间的偏差不大于所述阈值。
[0008]进一步的，所述设定系统包括:通过接收地面控制站发送的消息来确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度的无线接收装置;或者通过储存有所述无人机预配置信息来确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度的储存装置。
[0009]进一步的，所述测速系统包括:设置在所述无人机上的惯性传感器，用于确定所述无人机的实际飞行速度;或者设置在所述无人机上的卫星导航设备，用于确定所述无人机的实际飞行速度。
[0010]进一步的，所述控制系统包括:用于获取所述预期速度与所述实际飞行速度的差值，并得到所述差值的绝对值与阈值之间比较值的数据处理模块，和根据所述比较值控制所述无人机的动力系统输出的指令控制模块，令调整后的实际飞行速度与所述预期速度之间的偏差不大于所述阈值。
[0011]进一步的，所述无人机的动力系统包括螺旋桨，所述无人机的动力系统开启正推以加速，所述螺旋桨正向旋转，以产生与所述无人机前进方向相同的力;所述无人机的动力系统开启反推以减速，所述螺旋桨反向旋转，以产生于所述无人机前进方向相反的力。
[0012]由上可见，应用本实用新型实施例的技术方案，有如下有益效果:
[0013]本实用新型通过检测无人机的飞行速度，并反馈至无人机控制系统，通过无人机实际飞行速度与预期速度之间的偏差完成对无人机飞行速度的调节，实现了通过速度闭环控制的方法来进行固定翼无人机的降落，根据本实用新型提供的技术方案可以让固定翼无人机缩短降落全过程的距离。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本实用新型实施例无人机降落过程示意图；
[0016]图2为本实用新型实施例1流程框图；
[0017]图3为本实用新型实施例2结构框图；
[0018]图4为本实用新型实施例闭环控制流程框图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020]实施例1
[0021]如图1所示，本实施例公开了一种固定翼无人机降落方法，降落过程分为两个阶段，进近阶段10和着陆阶段20，与传统方法相比，区别在于进近阶段10，进近阶段10使用动力系统反推的方法，降低无人机速度。本方法通过检测无人机的飞行速度，并反馈至无人机控制系统，通过无人机实际飞行速度与预期速度之间的偏差完成对无人机飞行速度的调节，实现了通过速度闭环控制的方法来进行缩短降落全过程的距离。
[0022]如图2所示，该方法中，首先SI确定所述无人机进入进近阶段10时的预期速度和阈值。
[0023]确定所述无人机进入进近阶段10时的预期速度的方式有多种。如地面控制站根据降落场地的长度计算出无人机进入着陆阶段时的飞行速度，通过计算得到的飞行速度和无人机预配置的降落时的俯冲角，则可计算出无人机进入进近阶段时所需的预期速度，地面控制站通过无线遥控方式将该预期速度发送给无人机的控制系统，完成预期速度的确定。或者所述无人机直接根据预配置的信息，确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度。
[0024]同时还需确定阈值，阈值用于与预期速度和飞行速度的差值作比较，进而完成无人机对速度的闭环控制。阈值越大，飞行速度与预期速度的偏差越大，闭环控制的精确度越低；阈值越小，飞行速度则越接近预期速度，闭环控制的精确度越大。但是阈值越小，对无人机控制系统的要求则越高，控制系统需要采用高精度和高灵敏度的元器件，大大增加了无人机的制作成本。因此阈值可以根据降落场地允许无人机着陆阶段的长度进行确定。
[0025]在完成预期速度和阈值的确定后，S2所述无人机确定所述无人机的实际飞行速度。所述无人机根据设置在所述无人机上的空速传感器，确定所述无人机的实际飞行速度；或者所述无人机根据设置在所述无人机上的惯性传感器，确定所述无人机的实际飞行速度;或者所述无人机根据设置在所述无人机上的卫星导航设备，确定所述无人机的实际飞行速度。或者，采用上述确定方法中的一种或多种，确保无人机实际飞行速度的准确性。
[0026]确定预期速度和实际飞行速度后，S3所述无人机根据所述预期速度和所述实际飞行速度，调整所述无人机的动力系统输出，以使得所述无人机调整后的实际飞行速度与所述预期速度之间的偏差不大于所述阈值。
[0027]无人机调整动力系统输出的方法包括:当所述实际飞行速度小于所述预期速度，且所述实际飞行速度与预期速度之间的偏差超过所述阈值时，所述无人机的动力系统开启正推以加速；当所述实际飞行速度大于所述预期速度，且所述实际飞行速度与预期速度之间的偏差超过所述阈值时，所述无人机的动力系统开启反推以减速。通过上述方法对无人机飞行速度调整后，飞行速度与预期速度之间的差值会在零至阈值范围内，并接近预期速度，进而完成对实际飞行速度的闭环控制。
[0028]其中所述无人机的动力系统包括螺旋桨，所述无人机的动力系统开启正推以加速时，所述螺旋桨正向旋转，螺旋桨产生与无人机飞行方向相反的气流，气流产生与气流方向相反的反作用力作用在螺旋桨上，即气流对螺旋桨产生与所述无人机前进方向相同的推力，进而对无人机进行加速;所述无人机的动力系统开启反推以减速时，所述螺旋桨反向旋转，螺旋桨产生与无人机飞行方向相同的气流，气流产生与气流方向相反的反作用力作用在螺旋桨上，即气流对螺旋桨产生与所述无人机前进方向相反的推力，进而对无人机进行减速。
[0029]如图4所示，在对飞行速度进行调节的整个过程中，根据当前飞行速度作为反馈量，通过将检测到的飞行速度反馈至无人机，将飞行速度与预期速度的差值与阈值作比对，通过比对结果实时增减对动力系统的控制量，进而通过控制动力系统达到调节飞行速度的效果，构成了速度的闭环控制系统，达到对预期速度的控制。整个反馈控制过程在整个降落过程中一直持续进行，并周期调整所述无人机的动力系统输出，具体可以间隔0.1秒获取一次当前速度进行反馈，并修正动力系统的控制量。
[0030]实施例2
[0031]本实施例公开了一种固定翼无人机降落系统，降落过程分为两个阶段，进近阶段10和着陆阶段20，与传统方法相比，区别在于进近阶段10，进近阶段10使用动力系统反推的方法，降低无人机速度。
[0032]如图3所示，该降落系统包括用于确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度和阈值的设定系统30、用于获取所述无人机的实际飞行速度的测速系统40和根据预期速度和飞行速度调整所述无人机的动力系统输出的控制系统50。
[0033]具体的，在该降落系统中先通过设定系统30确定所述无人机进入进近阶段10时的预期速度和阈值。设定系统30确定所述无人机进入进近阶段10时的预期速度和阈值的方式有多种，可以是通过接收地面控制站发送的消息的无线接收装置，地面控制站根据降落场地的长度计算出无人机进入着陆阶段20时的飞行速度，通过计算得到的飞行速度和无人机预配置的降落时的俯冲角，则可计算出无人机进入进近阶段10时所需的预期速度，同时根据场地的要求计算出飞行速度允许出现的阈值，地面控制站通过无线遥控方式将该预期速度和阈值发送给无人机的无线接收装置，进而完成预期速度的确定;或者可以是通过储存有所述无人机预配置信息的储存装置，所述无人机可以直接根据预配置的信息，确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度和阈值。
[0034]在完成预期速度和阈值的确定后，所述无人机通过测速系统40确定所述无人机的实际飞行速度。该测速系统40可以是设置在所述无人机上的空速传感器;或者设置在所述无人机上的惯性传感器;又或者是设置在所述无人机上的卫星导航设备，确定所述无人机的实际飞行速度。或者，采用上述确定方法中的一种或多种，确保无人机实际飞行速度的准确性。
[0035]确定预期速度和实际飞行速度后，控制系统50根据所述预期速度和所述实际飞行速度，调整所述无人机的动力系统60输出，以使得所述无人机调整后的实际飞行速度与所述预期速度之间的偏差不大于所述阈值。
[0036]在调整无人机的动力系统60输出方法中，包括:当所述实际飞行速度小于所述预期速度，且所述实际飞行速度与预期速度之间的偏差超过所述阈值时，控制系统50发出控制指令，控制动力系统60开启正推以加速飞行速度；当所述实际飞行速度大于所述预期速度，且所述实际飞行速度与预期速度之间的偏差超过所述阈值时，控制系统50发出控制指令，控制动力系统60开启反推以减速。通过上述方法对无人机飞行速度调整后，飞行速度与预期速度之间的差值会在零至阈值范围内，并接近预期速度，进而完成对实际飞行速度的闭环控制。
[0037]其中所述无人机的动力系统60包括具有螺旋桨的风扇发动机，所述无人机的动力系统开启正推以加速时，所述螺旋桨正向旋转，螺旋桨产生与无人机飞行方向相反的气流，气流产生与气流方向相反的反作用力作用在螺旋桨上，即气流对螺旋桨产生与所述无人机前进方向相同的推力，进而对无人机进行加速;所述无人机的动力系统开启反推以减速时，所述螺旋桨反向旋转，螺旋桨产生与无人机飞行方向相同的气流，气流产生与气流方向相反的反作用力作用在螺旋桨上，即气流对螺旋桨产生与所述无人机前进方向相反的推力，进而对无人机进行减速。或者，动力系统可以为喷气发动机，与风扇发动机不同的是，喷气发动机在无人机需要减速时，开启朝向飞行方向的喷气装置，或者调整喷气发动机的朝向，使之朝向飞行方向。
[0038]如图4所示，在对飞行速度进行调节的整个过程中，根据当前飞行速度作为反馈量，通过将检测到的飞行速度反馈至无人机，将飞行速度与预期速度的差值与阈值作比对，通过比对结果实时增减对动力系统的控制量，进而通过控制动力系统达到调节飞行速度的效果，构成了速度的闭环控制系统，达到对预期速度的控制。整个反馈控制过程在整个降落过程中一直持续进行，并周期调整所述无人机的动力系统输出，具体可以间隔0.1秒获取一次当前速度进行反馈，并修正动力系统的控制量。
[0039]以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种固定翼无人机降落系统，其特征在于，包括:设定系统、测速系统、控制系统和动力系统； 所述设定系统，用于确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度和阈值； 所述测速系统，用于获取所述无人机的实际飞行速度； 所述控制系统，用于获取所述预期速度与所述实际飞行速度的差值，根据所述差值的绝对值与所述阈值调整所述无人机的动力系统输出，令调整后的实际飞行速度与所述预期速度之间的偏差不大于所述阈值。2.根据权利要求1所述的固定翼无人机降落系统，其特征在于，所述设定系统包括: 通过接收地面控制站发送的消息来确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度的无线接收装置;或者 通过储存有所述无人机预配置信息来确定所述无人机进入进近阶段时的预期速度的储存装置。3.根据权利要求2所述的固定翼无人机降落系统，其特征在于，所述测速系统包括: 设置在所述无人机上的惯性传感器，用于确定所述无人机的实际飞行速度;或者 设置在所述无人机上的卫星导航设备，用于确定所述无人机的实际飞行速度。4.根据权利要求3所述的固定翼无人机降落系统，其特征在于，所述控制系统包括: 用于获取所述预期速度与所述实际飞行速度的差值，并得到所述差值的绝对值与阈值之间比较值的数据处理模块，和 根据所述比较值控制所述无人机的动力系统输出的指令控制模块，令调整后的实际飞行速度与所述预期速度之间的偏差不大于所述阈值。5.根据权利要求1所述的固定翼无人机降落系统，其特征在于，所述无人机的动力系统包括螺旋桨， 所述无人机的动力系统开启正推以加速，所述螺旋桨正向旋转，以产生与所述无人机前进方向相同的力； 所述无人机的动力系统开启反推以减速，所述螺旋桨反向旋转，以产生于所述无人机前进方向相反的力。
【文档编号】G05D1/10GK205644283SQ201620260574
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】柯宗泽, 郑晨, 贾若伦, 李宛隆
【申请人】中晟启天（深圳）科技有限公司