[发明专利]一种无人机盘旋陡降着陆控制方法及控制系统

说明书

本发明涉及一种无人机盘旋陡降着陆控制方法及控制系统，当无人机收到“着陆”指令后，飞机保持平飞飞往盘旋陡降圆心，进入圆内即执行盘旋陡降控制律。当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，圆形轨迹变为跑道中心线，期望航向为跑道航向。通过在指定位置盘旋降高、指定高度进场着陆的控制方式，有效缩短了无人机进场着陆距离。控制无人机安全着陆的同时，有效避免了无人机常规着陆方式对着陆场地和空域的使用限制条件，避免了着陆条件受限导致的无人机在着陆阶段出现的碰撞、着陆速度过高、甚至飞机损毁的情况。

技术领域

本发明属于无人机控制技术领域，涉及一种无人机盘旋陡降着陆控制方法及控制系统，更具体地说，是一种通过控制无人机盘旋陡降实现在狭窄场域条件下自动着陆的控制方法。

背景技术

滑跑型无人机自动着陆控制有多种方式，最常见的是在跑道一端延伸出一定距离用作着陆时的调整航线，为了满足着陆时的航迹偏差、高度与速度控制等要求，该距离一般在6km～8km，这就要求机场附近场地开阔且空域无限制。但对于很多跑道延伸处有高塔、山包或不允许飞机过顶的敏感区域的情况，这种方式不再适合。此时，迫切需要发明一种满足无人机在狭小空间内进行着陆的着陆控制系统，将6km～8km的场地要求缩短到2km以内，使得飞机在场地受限、空域受限的情况下也能顺利着陆。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无人机盘旋陡降着陆控制方法及控制系统，解决因场地受限和空域受限导致无人机无法按照常规着陆方式进行着陆的问题。本发明的盘旋陡降的着陆控制方法，在常规着陆条件不具备时对无人机进行自动控制，控制其盘旋陡降至较低高度后切入进场模式着陆，有效缩短进场航线的距离，避免场地和空域对无人机着陆的限制。

技术方案

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。