[发明专利]一种平流层飞艇的遥控控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种平流层飞艇的遥控控制系统及其控制方法，所述控制系统划分为四个层级：决策层，根据实际工作状态数据进行遥控飞行模式的选择和切换，发出相应的模式指令；规划层，根据决策层发出的模式指令动态规划、生成飞艇电机驱动指令；执行层，根据规划层的电机驱动指令实现对飞艇电机的驱动控制；感知层，完成飞艇工作状态的实时监控和数据采集，为决策层提供飞艇工作状态的原始数据。本发明的四层级控制系统架构设计简化了控制装置、提高控制效率，从根本上解决临近空间浮空器地面与机载控制系统的功能、效率和可靠性问题。

技术领域

本发明涉及临近空间浮空器控制领域，具体涉及一种平流层飞艇遥控控制系统及其控制方法。

背景技术

平流层飞艇依靠其浮力提供升力，能够长期停留在空中的优势使其成为担任平流层信息平台载体的最佳选择。目前国内外出现很多种关于平流层飞艇的控制方法研究，并且取得了一些成果应用。

目前大多数平流层飞艇推进系统采用主推电机加矢量调姿电机的组合方式，依靠主推电机驱动飞艇前进，完成速度调整和抗风飞行等任务，依靠矢量调姿电机调整飞艇的姿态与航向。其优点一是飞艇在低速情况下仍然具有高可控性和高机动性；二是飞艇能迅速改变航行方向，实现快速调姿；三是将飞艇的速度控制与姿态控制解耦，简化控制过程。由于矢量推进系统的设计水平直接影响着平流层飞艇的运动特性与控制效果，因而人们研究了很多不同的平流层飞艇控制方法。

由于平流层飞艇飞行环境复杂，能量需求大，容易出现能源供给不足或者系统局部故障的问题，再加上其本身就是强耦合的非线性系统，使得整个控制问题变得极其复杂与困难。常规的飞艇遥控控制方法，多采用单一集中式控制方式，即由主控平台完成对飞艇所有推进电机以及矢量电机的集中控制，控制通道单一。这种控制方式使主控计算机的工作任务十分繁重，效率较低，且一旦某一电机出现故障，会直接影响到整体控制的顺利与效果，系统容错性差。随着平流层飞艇自身推进系统的复杂化以及用户需求的多样化，传统的单一集中式控制方法已无法满足平流层飞艇控制系统发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平流层飞艇遥控控制系统及其控制方法，主要用于解决以下技术问题：(1)飞艇遥控控制系统总体架构设计；(2)遥控标准模式的设计；(3)遥控组合调姿模式的设计；(4)遥控故障模式的设计。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平流层飞艇的遥控控制系统，所述控制系统划分为四个层级：

决策层，根据平流层飞艇的实际工作状态数据进行遥控飞行模式的选择和切换，发出相应的模式指令，并完成飞艇飞行状态的三维重构，记录控制系统中发生的事件，以及对记录事件进行回放演示；

规划层，根据决策层发出的模式指令动态规划、生成飞艇电机驱动指令，并协调上下层之间的数据通信；

执行层，根据规划层的所述电机驱动指令实现对飞艇电机的驱动控制；

感知层，完成飞艇工作状态的实时监控和数据采集，将采集数据进行信息融合后，为决策层提供飞艇工作状态的原始数据。

进一步地，所述决策层包括：

智能决策模块，根据集成的下行监控信息进行智能决策，实现飞艇遥控飞行模式的选择与切换，生成相应的模式指令并发送给规划层；

多媒体信息集成模块，对上行指挥信息和下行监控信息进行有序集成，并将集成信息发送给智能决策模块，同时根据所述下行监控信息完成飞艇飞行状态三维重构；所述下行监控信息包括从感知层发送来的飞艇飞行状态数据、机载系统工作状态数据、临近空间大气环境数据；

记录和回放模块，对控制系统中发生的事件进行记录，并完成相应的回放演示机制。