[发明专利]针对具有大死区特性的微小型无人机自适应舵面标定方法

说明书

本发明涉及一种针对具有大死区特性的微小型无人机自适应舵面标定方法，涉及航空保障设备领域。包括舵面零位识别、舵面偏转角度获取、自适应标定计算、校验确认四个步骤。本发明技术方案实现了对无人机舵面的高精度控制。在实际操作过程中，充分考虑了舵面的死区特性和间隙特性，确保标定参数与实际舵偏角的一致性。该方法广泛适用于多种小型固定翼无人机舵面的标定工作，提升了无人机舵面的控制精度，进而提升了整个无人机系统的控制精度和飞行效果，对无人机(或其他类似平台)舵面的标定工作具有重要的实际意义和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及航空保障设备领域，具体涉及一种针对具有大死区特性的微小型无人机自适应舵面标定方法，主要针对无人机舵面(执行机构)具有严重死区特性(或间隙特性)的情况。

背景技术

无人机舵面作为无人机最为重要的执行机构，其动作的精度和可靠性对无人机安全稳定飞行具有重大意义。为保持较高的舵面动作精度，当前无人机舵面控制普遍采用如下两种方案。

方案1，对无人机舵面加装位置(或角度)测量传感器，以舵面偏转角度为被控对象，形成闭环控制。该方案具有测量精度高、操作简单等优点，但也存在额外增加传感器、增大飞行重量(体积)、增加成本等缺点。另外，随着电子信息技术的发展，无人机小型化、微型化发展成为重要趋势，受制于重量、体积、成本等方面的限制，该方案不适宜在小型、微型无人机上应用。

方案2，根据舵机与舵面的具体安装方案，计算舵机偏转角度与舵面偏转角度的对应关系，并将该对应关系应用到舵面控制中。该方案具有简单易行、节省成本、可靠性高等优点，但存在舵面动作误差偏大的缺点，尤其是当无人机发生机械结构磨损、结构件存在较大加工误差等情况时，舵面动作角度误差将可能达到影响无人机正常飞行的程度。

无人机小型化、微型化发展是近年来无人机发展的重要趋势，微小型无人机其具有体积小、重量轻、成本低、机械结构易磨损、零部件公差相对偏大、舵面驱动方式多样化(复杂化)等特点，舵面偏转普遍具有严重的空回(间隙)特性。但微小型无人机本身固有运动频率较大，对舵面的快速精确响应有更高的需求。显然，上述两种舵面控制方案不能完全满足微小型无人机的舵面动作控制需求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明描述了一种适用于微小型无人机的舵面标定方法，使得无需在无人机上加装任何硬件设备，仅需要在设备第一次使用前，对PWM输出信号与舵面实际偏转角度采用最小二乘法进行拟合，就能得到吻合效果良好的控制曲线，实现了对无人机舵面的高精度控制。在实际操作过程中，充分考虑了舵面的死区特性和间隙特性，确保标定参数与实际舵偏角的一致性。

根据本发明，提供了一种针对具有大死区特性的微小型无人机自适应舵面标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：舵面零位识别，寻找舵面配平零位(或控制零位)基准点，即舵面动作基准点；

步骤2：第一舵面偏转角度获取，根据飞行控制需求和舵面偏转角度的机械限制，确定舵面偏转角度的范围，并选取相对舵面动作基准点的多组第一舵面偏转角度为采样点；

步骤3：自适应标定计算，根据采样点数据，采用最小二乘方法进行采样点数据拟合；

步骤4：校验确认，对第二舵面偏转角度进行实际偏转输出，并计算理论值与实测值的均方误差，若均方误差在给定阈值的范围内，则完成标定，否则，重新进行上述步骤。

进一步的，所述步骤1具体包括：

步骤11：舵面零位粗对准，通过偏转舵面，使其与零位基准点附近；

步骤12：舵面零位精对准，通过偏转舵面，使其处于零位基准点处；

步骤13：零位存储，记录当前零位基准点对应的控制输出量PWM₀。