一种无动力无人飞行器落速控制方法、系统、设备与介质

专利2026-07-29  2


本发明涉及无人系统制导控制,特别涉及一种无动力无人飞行器落速控制方法、系统、设备与介质。


背景技术:

1、无人飞行器根据其任务目标的不同,对飞行终点性能指标提出了不同的要求,针对某些需要二次抛撒的无人飞行器而言,对其终点位置时的飞行速度提出较高要求,从而实现二次抛撒的精确性和可靠性。

2、对于大多数的无动力无人飞行器而言,进行不同射程不同高度的任务目标时,其终点速度存在较大差异,影响二次抛洒的可靠性和精度,从而将导致任务失败。

3、针对无人系统制导控制领域的速度控制方法,通常采用主动降速和增加飞行阻力的两种方案思路,主动降速方案需要在无人飞行器的轨迹末端,采用动力系统主动降低无人飞行器的飞行速度,达到准确控制其飞行速度的目的,但这需要无人飞行器上自带动力系统,成本较高,并在飞行末段进行飞行动力的精准控制;增加飞行阻力的方案是在飞行的某一阶段,通过改变无人飞行器的外形,增大飞行阻力从而达到速度控制的目的,这种方案可适用于无动力的无人飞行器,但其改变了原无人飞行器的外形结构,不具备一定的通用性。


技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提供一种无动力无人飞行器落速控制方法、系统、设备与介质,以解决现有技术中的问题。

2、本发明具体提供如下技术方案:一种无动力无人飞行器落速控制方法,包括如下步骤:

3、根据进入无动力飞行阶段的位置信息以及速度信息,获取纵向弹道平面内无人飞行器的闭环航向机动速度;

4、在无人飞行器无动力飞行时,若无人飞行器整体速度大于闭环航向机动速度,则实时获取无人飞行器航迹规划上的闭环侧向减速指令,通过闭环侧向减速指令调整无人飞行器整体速度,直至无人飞行器整体速度与闭环航向机动速度一致;

5、在无人飞行器以闭环航向机动速度飞行至目标点的阈值范围内时,从航向减速阶段机动切换至自寻的导引阶段,使无人机向目标点方向飞行,直至达到目标点。

6、优选的,获取纵向弹道平面内无人飞行器的闭环航向机动速度,具体表达式为:

7、

8、其中,vdf为末端速度控制量,θ为飞行弹道倾角,δt为控制周期,fd为飞行中实时阻力,g为重力加速度,m表示质量,h0为进入速度控制时刻的无人飞行器高度,rx为进入速度控制时刻无人飞行器距离目标的x方向距离,vx为飞行横向速度,vy为飞行纵向速度,vtra为计算标称速度值,即为闭环航向机动速度。

9、优选的,所述若无人飞行器整体速度大于闭环航向机动速度,则实时获取无人飞行器航迹规划上的闭环侧向减速指令,包括如下步骤:

10、根据飞行前获取的闭环航向机动速度,获取闭环侧向减速指令方程;具体表达式为:

11、

12、其中,δv为速度偏差,h为无人飞行器高度,vy为飞行纵向速度,ψc为减速机动航向角指令,a为常数,kv为减速机动设置增益系数,vz为飞行高度方向速度,t为飞行时间,nzc为闭环侧向减速指令,v为飞行整体速度。

13、优选的,所述通过闭环侧向减速指令调整无人飞行器整体速度,直至无人飞行器整体速度与闭环航向机动速度一致,包括如下步骤:

14、通过减速机动设置增益系数kv调整闭环侧向减速指令,将无人飞行器调整闭环侧向减速指令的环节等效为一阶惯性环节,获得传递函数方程,具体表达式为:

15、

16、其中,nz为闭环传感器敏感侧向实时过载,nzc为闭环侧向减速指令,ta为一阶惯性环节的时间常数,s为频率。

17、优选的,所述实时获取无人飞行器航迹规划上的闭环侧向减速指令,还包括如下步骤:

18、针对获取的侧向减速指令进行方向限幅,并在侧向位置偏差大于偏差阈值情况下,翻转侧向减速指令的极性,将飞行过程中的侧向距离偏差调整到误差范围内。

19、优选的,所述翻转侧向减速指令的方向,还包括如下步骤:

20、在翻转时设置过渡阶段,并在弹道侧向偏差过大的情况下,通过过渡阶段保持无人飞行器稳定;所述过渡阶段的切换表达式为:

21、nc=(1-max(100*δt,1))*nzc+max(100*δt,1)*(-nzc)

22、其中,nc为闭环航向机动过载指令,nzc为闭环侧向减速指令,δt为控制周期。

23、优选的,所述在无人飞行器无动力飞行之前,还包括如下步骤:

24、无人飞行器飞行过程中实时判断其轴向过载值,若小于零,则认为无人飞行器进入无动力阶段,此作为闭环航向机动速度控制的前提;

25、无人飞行器飞行过程中对其弹道剩余时间和高度进行实时判断,进行闭环航向机动和速度控制的二次判断条件。

26、本发明提供一种无动力无人飞行器落速控制系统,包括:

27、数据获取模块,用于根据进入无动力飞行阶段的位置信息以及速度信息,获取纵向弹道平面内无人飞行器的闭环航向机动速度;

28、指令控制模块,用于在无人飞行器无动力飞行时,若无人飞行器整体速度大于闭环航向机动速度,则实时获取无人飞行器航迹规划上的闭环侧向减速指令,通过闭环侧向减速指令调整无人飞行器整体速度,直至无人飞行器整体速度与闭环航向机动速度一致;

29、切换模块,用于在无人飞行器以闭环航向机动速度飞行至目标点的阈值范围内时,从航向减速阶段机动切换至自寻的导引阶段,使无人机向目标点方向飞行,直至达到目标点。

30、本发明提供一种计算机设备,包括存储器及处理器,所述存储器中储存有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行所述一种无动力无人飞行器落速控制方法的步骤。

31、一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法的步骤。

32、与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:

33、本发明应用于无人飞行器的终点速度控制方案上,通过纵向弹道平面内的理论速度进行设计,获取闭环航向机动速度,通过航迹规划的获取闭环侧向减速指令保持无人机的闭环航向机动速度,无人飞行器距离目标处于阈值范围内时,从航向减速阶段机动切换至自寻的导引阶段,使无人机向目标点方向飞行,直至达到任务目标点。本发明无需对无人飞行器进行结构外形改动,在不影响无人飞行器末端精度的基础上,可实现对于无人飞行器终点速度的准确控制,大幅度减小了无人飞行器在不同射程和不同海拔的任务使命下的终点速度散布范围;对已经成型的无人飞行器使用本方法进行改进,在不增加成本的基础上实现了对终点速度的精确控制,具有较大的工程应用价值。



技术特征:

1.一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.如权利要求1所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,所述获取纵向弹道平面内无人飞行器的闭环航向机动速度,具体表达式为:

3.如权利要求2所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,所述若无人飞行器整体速度大于闭环航向机动速度,则实时获取无人飞行器航迹规划上的闭环侧向减速指令,包括如下步骤:

4.如权利要求3所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,所述通过闭环侧向减速指令调整无人飞行器整体速度,直至无人飞行器整体速度与闭环航向机动速度一致,包括如下步骤:

5.如权利要求1所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,所述实时获取无人飞行器航迹规划上的闭环侧向减速指令,还包括如下步骤:

6.如权利要求5所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,所述翻转侧向减速指令的方向,还包括如下步骤:

7.如权利要求1所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法,其特征在于,所述在无人飞行器无动力飞行之前,还包括如下步骤:

8.一种无动力无人飞行器落速控制系统,其特征在于,包括:

9.一种计算机设备,其特征在于,包括存储器及处理器,所述存储器中储存有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述一种无动力无人飞行器落速控制方法的步骤。

10.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的一种无动力无人飞行器落速控制方法的步骤。


技术总结
本发明公开了一种无动力无人飞行器落速控制方法、系统、设备与介质,涉及无人系统制导控制技术领域,包括步骤:对纵向弹道平面内的理论速度进行设计,获取闭环航向机动速度;在无人飞行器无动力飞行时,实时获取航迹规划上进行闭环侧向减速指令,通过闭环侧向减速指令将无人飞行器保持闭环航向机动速度;在无人飞行器距离目标处于阈值范围内时,从航向减速阶段机动切换至自寻的导引阶段,使无人机向目标点方向飞行,直至达到任务目标点。本发明应用于无人飞行器的终点速度控制方案上,无需对无人飞行器进行结构外形改动,在不影响无人飞行器末端精度的基础上,实现对于无人飞行器终点速度的准确控制。

技术研发人员:杨智杰,董晓芬,牛明丽,陈国光,田晓丽,闫小龙
受保护的技术使用者:中北大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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