[发明专利]一种无人机盘旋陡降着陆控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种无人机盘旋陡降着陆控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、无人机飞往盘旋降高点：当无人机收到“着陆”指令后，无人机以平飞姿态飞往盘旋陡降的圆心；

步骤2：确认无人机盘旋陡降圆形轨迹的半径采用r_max与r_min之间的中间值，r_min为圆形轨迹的最小值，圆形轨迹半径的最大值r_max为场地约束下的安全距离d_safe的0.65倍；

所述安全距离为：无人机切入跑道点即进场点的垂线与无人机禁入场地边缘的垂线之间的距离称为着陆过程的安全距离；

所述圆形轨迹的最小值与无人机所允许的最大盘旋角度相关：

其中：g为重力加速度；v_g为无人机着陆时的期望速度，为最大滚转角；

步骤3、盘旋陡降：进入圆内即执行盘旋陡降控制律，沿着着陆时的圆形轨迹半径进行盘旋陡降，其中纵向采用能量协调控制，以保证在盘旋陡降过程中无人机的速度和高度均在期望范围内；横航向采用圆形轨迹跟踪控制，Δy为飞机实际位置与期望的圆形轨迹之间的偏差量；

所述盘旋陡降控制律为：

其中，δ_e为升降舵控制量，δ_a为副翼控制量，θ为俯仰角，与p分别为滚转角与滚转角速度，ψ为航向角，h为高度，v为速度，y为航迹；

步骤3、切入跑道：当无人机达到进场高度且满足无人机的航向与跑道航向一致的进场窗口条件时，切入进场控制模式，纵向通过升降舵与油门实施高度和前向距离联合控制，横航向为高精度的航迹控制，此时控制律结构不变，但预期航迹由圆形轨迹变为跑道中心线，期望航向为跑道航向。

2.根据权利要求1所述无人机盘旋陡降着陆控制方法，其特征在于：所述步骤3的盘旋陡降中，在卫星信号有效时，首先使用卫星场高即差分状态；在卫星信号失效后，使用经过修正的气压场高作为高度信号源；在直线进场阶段，使用无线电高度信号作为高度信号源，以获取更高的精度。

3.根据权利要求1所述无人机盘旋陡降着陆控制方法，其特征在于：所述修正的气压场高是在进入盘旋陡降前无人机姿态平稳状态下用无线电高度进行修正。

4.根据权利要求1所述无人机盘旋陡降着陆控制方法，其特征在于：所述无人机着陆时的期望速度v_g，由无人机自身特性确定，为定值。

5.根据权利要求1所述无人机盘旋陡降着陆控制方法，其特征在于：所述无人机最大滚转角由无人机自身的特性确定。

6.一种实现权利要求1～5任一项所述无人机盘旋陡降着陆控制方法的控制系统，其特征在于：包括空速传感器、航姿系统、北斗定位系统、无线电高度表、升降舵机、副翼舵机、发动机节风门舵机和飞控计算机；空速传感器测量无人机的飞行速度；航姿系统测量无人机的俯仰角和滚转角；北斗定位系统测量无人机的高度和位置信息；无线电高度表测量无人机的场高；升降舵机用来执行升降舵偏转指令；副翼舵机用来执行副翼偏转指令；发动机节风门舵机用来调整油门大小；飞控计算机采集各个传感器的测量信息，并将之输入至盘旋陡降着陆控制模块，解算得出升降舵面、副翼舵面和油门的控制量，进而驱动无人机在指定位置进行盘旋陡降，降高至指定高度后切换至进场模态，随后到达拉平高度进行拉平控制，直至飞机着陆。