[发明专利]一种考虑降雨影响的无人机稳定飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑降雨影响的无人机稳定飞行控制方法，其包括：通过降雨模型与含有状态反馈控制的无人机纵向线化状态方程的耦合，获得含有降雨控制参数的状态方程；对所得状态方程进行多形式的变换和求解，获得降雨情况下的无人机控制律。本发明显著提升了无人机在降雨天气下的安全飞行性能。

技术领域

本发明涉及无人机飞行控制方法的技术领域。

背景技术

降雨会对无人机的飞行造成重大影响，例如，雨滴撞击无人机会产生附加力与附加力矩；附着在无人机表面的水膜会改变无人机的气动特性；发动机进气道吸入雨滴会降低其推力等，最终多会造成飞机升力下降，最大失速迎角减小，舵面操纵效率降低等情况，严重影响无人机飞行安全。因此研究，研究无人机在降雨影响下的稳定飞行控制方法，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对目前无人机在降雨天气影响下飞行控制不理想，存在无人机纵向飞行平直恶化，产生下滑与低头现象等问题，提供一种可在降雨情况下控制无人机进行稳定飞行的飞行控制方法，本发明显著提升了无人机在降雨天气下的安全飞行性能。

本发明首先公开了如下的技术方案：

一种考虑降雨影响的无人机稳定飞行控制方法，其包括：

S1建立含有降雨控制参数的降雨模型；

S2建立无人机纵向线性化状态方程，即其初始状态方程；

S3将所述降雨模型与所述初始状态方程进行耦合，获得含有所述降雨控制参数的状态矩阵和控制矩阵；

S4基于所得状态矩阵和控制矩阵，将所述初始状态方程变换为其相变量形式，获得相变量形式的无人机纵向线性化状态方程；

S5将含有状态反馈的控制输入的计算模型代入所述相变量形式的无人机纵向线性化状态方程中，得到其系统形式的状态方程；

S6根据系统形式的状态方程的矩阵特征根方程与期望的无人机特征根方程的对比，确定状态方程的系数矩阵；

S7将系数矩阵确定后的系统形式的状态方程代回所述初始状态方程中，得到其对应的含有状态反馈的控制输入，即其控制律；

S8根据所得控制律进行飞行调控。

根据本发明的一些优选实施方式，所述降雨控制参数为空气中液态水含量，所述降雨模型建立如下：

其中，LWC表示空气中液态水含量，ρ_w表示水的密度，R表示降雨率。

根据本发明的一些优选实施方式，所述初始状态方程设置如下：

X＝[u Δα q Δθ]^T；

其中，X为状态变量，为X对于时间的一次求导，A为所述状态矩阵，B为所述控制矩阵，u为无人机在x轴上的分速度，Δα为迎角变化量，q为俯仰角速度，Δθ为俯仰角变化量，U为所述含有状态反馈的控制输入。

根据本发明的一些优选实施方式，根据所述耦合，得到的所述状态矩阵及所述控制矩阵如下：