[发明专利]一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制方法

权利要求书

1.一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制系统，其特征在于，该系统包括：

运动信息获取模块，用于获取目标平台和无人机的运动信息，所述运动信息包括位置信息和速度信息，所述运动信息获取模块包括无人机运动信息获取模块和机载目标机动平台运动信息获取模块，所述无人机运动信息获取模块包括机载惯性测量单元和机载GPS单元，所述机载惯性测量单元包括陀螺仪和加速度计，

所述机载目标机动平台运动信息获取模块包括光电吊舱或双目摄像头；

差分模块，用于解算目标平台和无人机的相对运动信息，所述相对运动信息包括相对位置信息和相对速度信息；

比例导引模块，用于根据相对运动信息获得无人机的三轴过载量，导引方程为：

r为多旋翼无人机与目标平台之间的相对距离；v_m表示多旋翼无人机的速度，v_t表示目标平台的速度；η_m表示多旋翼无人机的速度矢量前置角，η_t表示目标的速度矢量前置角；σ_m为多旋翼无人机的航向角，σ_t表示目标平台的航向角；q为多旋翼无人机的目标视线角；k为比例导引系数，k取4；

姿态解算模块，用于根据三轴过载量获得无人机的期望姿态量，根据目标平台视线角，解算出控制多旋翼机动的期望法向加速度，继而得到期望的姿态角度；

所述比例导引模块根据相对运动信息获得无人机分别在x轴、y轴、z轴上的三轴过载量a_x、a_y和a_z，三轴过载量由无人机在水平面法向过载a_xy和在垂直面内的法向过载a_xz投影到导航坐标系的三轴上得到；

无人机在水平面的法向过载a_xy和在垂直面内的法向过载a_xz由包括以下步骤的方法得到：

将三维空间运动分解成水平面和垂直面两个平面的分运动；

获得无人机在水平面和垂直面内的目标视线角；

对目标视线角进行求导，得到水平面和垂直面内的视线角速度；

根据比例导引控制律和过载的计算公式，得到水平面和垂直面内的法向过载a_xy和a_xz；

将得到的无人机在水平面和垂直面内的法向过载投影在导航坐标系x、y、z三轴上进行整合，得到无人机的三轴期望过载量，即无人机自主降落所期望的导引量，即三轴期望过载量a_x、a_y和a_z，

所述目标视线角通过式(4)得到，

其中，q_xy(t)表示水平面内的目标视线角，q_xz(t)表示垂直平面内的目标视线角，

所述目标视线角速度通过式(5)得到，

式(5)中，表示水平面内的目标视线角速度，表示垂直平面内的目标视线角速度；

法向过载a_xy和a_xz由式(6)得到，

式(6)中，a_xy和a_xz分别表示无人机在水平面和垂直面内的法向过载，k为比例导引系数，表示无人机和目标平台在XY水平面内的相对速度，表示无人机和目标平台在XZ垂直面内的相对速度，和分别表示多旋翼无人机在水平面和垂直面内的目标视线角速度，

根据几何关系，三轴过载量a_x、a_y和a_z由式(7)得到，

式(7)中，a_x、a_y和a_z分别为无人机在导航坐标系x、y和z三轴上的过载量，a_xy和a_xz分别表示无人机在水平面和垂直面内的法向过载，q_xy和q_xz分别表示无人机在水平面和垂直面内的目标视线角；

所述期望姿态量包括滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ，所述期望姿态量由式(8)得到，

式(8)中，T表示多旋翼无人机受到的总升力，g表示重力加速度，φ、θ和ψ分别表示多旋翼无人机的滚转角、俯仰角和偏航角；

所述控制系统还包括飞行控制模块，所述飞行控制模块根据姿态控制量对无人机的飞行姿态进行控制；

飞行控制模块中基于频域对其动力学模型进行系统辨识，其通道的传递函数为：

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，设定任意时刻无人机的坐标为M(x_m(t),y_m(t),z_m(t))，目标平台的坐标为T(x_t(t),y_t(t),z_t(t))，无人机速度为v_m，目标机动平台运动速度为v_t，所述差分模块按照式(1)和式(2)对无人机和目标平台的位置信息和运动信息作差分运算，

和

得到无人机和目标机动平台的相对位置ΔP(Δx,Δy,Δz)和相对速度ΔV(Δv_x,Δv_y,Δv_z)。