[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

说明书

本发明公开了一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制系统及控制方法，该控制系统包括：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；差分模块，用于解算目标平台和无人机的相对运动信息；比例导引模块，用于根据相对位置信息获得无人机的三轴过载量；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；飞行控制模块，根据期望姿态量对无人机的飞行姿态进行控制，从而实现无人机在机动平台上的自主降落。本发明所提供的控制系统及方法采用比例导引算法，使得无人机自主降落过程三轴过载变化和速度变化平稳，着陆轨迹平滑，能够快速精准地跟踪目标平台，实现精准地自主降落。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制方法。

背景技术

多旋翼无人机由于其使用方便、机动灵活、控制精度高等优点，在抢险救灾、物资运输、军事打击等领域被广泛使用，无人机着陆是执行任务时危险高发的阶段，因此实现其在机动平台上的自主着陆无论对节省人力物力还是提高安全性都有重要的意义。

目前多旋翼无人机的自主降落多采用传统的PID控制算法，通过对位置和速度信息的偏差作比例积分微分处理来实现稳定准确控制，借助传感器实时反馈的运动信息逐步消除偏差，以控制多旋翼机飞往期望的位置处稳定悬停后平稳降落。

针对做复杂运动的降落平台，多旋翼无人机多采用人工引导控制的方法来完成自主降落，这对传感器精度和操作人员的熟练度都有很高的要求，无法做到精准的纯自主降落。在某些复杂工况下完成多旋翼无人机的起飞降落，对其飞行控制系统和控制人员仍然是严峻的挑战，这也制约着多旋翼无人机安全性和适用性的提升。

在导引算法方面，传统的PID控制由于是基于位置和速度的偏差来进行控制的，响应速度自然是要慢于比例导引法中基于法向过载的控制。另外，尽管PID算法是基于偏差的控制算法，但由于工程实际应用中其参数多是通过实验手动调试的方法来整定，因而会导致设计结果并非全局最优的设计，从这个层面上讲，它其实是很依赖被控对象的动力学模型的，因为一旦得到数学模型，便可通过理论设计来找寻更优的参数，这也成为制约该算法实际控制效率和控制精度的因素。

随着某些特定工况下对多旋翼无人机作业效率和导引控制速度的要求日益提高，多旋翼无人机在着陆过程中法向过载过大以及对着陆轨迹的曲率要求严格，同时受限于机载硬件设备，如电机、传感器等的性能问题，因此，实现无人机在机动平台上的快速、稳定、自主降落具有重要意义。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制方法，该控制方法包括：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；差分模块，用于解算目标平台和无人机的相对运动信息；比例导引模块，根据相对位置信息获得无人机的三轴过载量；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；飞行控制模块，根据期望姿态量对无人机的飞行姿态进行控制，从而实现无人机在机动平台上的自主降落。本发明所提供的控制系统及方法采用比例导引算法，使得无人机自主降落过程三轴过载变化和速度变化平稳，着陆轨迹平滑，能够快速精准地跟踪目标平台，实现精准地自主降落从而完成本发明。

本发明的目的在于提供一种满足机动平台自主降落需求的无人机控制系统，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；

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，用于根据相对位置信息获得无人机的三轴过载量；

姿态解算模块，用于根据三轴过载量获得无人机的姿态控制量。