本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)飛行控制，具體涉及一種無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略。
背景技術(shù)：
1、隨著機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，無(wú)人機(jī)在多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其精確軌跡控制成為關(guān)鍵。四旋翼無(wú)人機(jī)作為欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在姿態(tài)控制上基于歐拉角、旋轉(zhuǎn)矩陣和四元數(shù)等描述各有局限。實(shí)際任務(wù)中，無(wú)人機(jī)常需規(guī)劃軌跡，且工作環(huán)境復(fù)雜，對(duì)軌跡控制要求頗高。
2、目前常見(jiàn)的軌跡控制技術(shù)主要為：(1)線性二次型調(diào)節(jié)器(lqr)算法：一種經(jīng)典優(yōu)化控制算法，基本思想是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和控制輸入加權(quán)，使系統(tǒng)性能指標(biāo)最小，在無(wú)人機(jī)軌跡控制中，可對(duì)無(wú)人機(jī)狀態(tài)加權(quán)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，分為狀態(tài)反饋(根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)和目標(biāo)軌跡差距計(jì)算控制輸入)和狀態(tài)估計(jì)(用卡爾曼濾波器估計(jì)無(wú)人機(jī)狀態(tài)，輔助狀態(tài)反饋)兩個(gè)步驟，實(shí)際應(yīng)用需根據(jù)無(wú)人機(jī)模型和任務(wù)要求調(diào)整，還需考慮動(dòng)力學(xué)、控制限制及環(huán)境因素影響；(2)基于最大化后驗(yàn)概率模型的軌跡規(guī)劃方法：涉及多旋翼無(wú)人機(jī)控制，可使小型四旋翼無(wú)人機(jī)在未知和復(fù)雜環(huán)境中自主導(dǎo)航。但是目前的軌跡控制技術(shù)還存在一些技術(shù)問(wèn)題：實(shí)際飛行時(shí)，風(fēng)速、氣壓等環(huán)境因素會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)產(chǎn)生影響，增加軌跡控制難度，需要在算法和控制策略中考慮這些因素并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整；不同無(wú)人機(jī)模型和任務(wù)要求差異大，現(xiàn)有控制算法需根據(jù)具體情況調(diào)整，通用性不足，難以直接應(yīng)用于各種場(chǎng)景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，針對(duì)無(wú)人機(jī)飛行階段改變飛行姿態(tài)與高度，確保無(wú)人機(jī)在期望的飛行路徑和姿態(tài)上，全流程有序管理，確保飛行穩(wěn)定規(guī)范。
2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，包括以下步驟：
4、s1：設(shè)定飛行控制關(guān)鍵參數(shù)與變量初值，飛行控制關(guān)鍵參數(shù)包括橫航向制導(dǎo)、縱向制導(dǎo)、俯仰增穩(wěn)、滾轉(zhuǎn)增穩(wěn)、偏航增穩(wěn)控制方式，輸入初始推力，初始過(guò)載，初始姿態(tài)角和初始迎角，為后續(xù)飛行奠定基礎(chǔ)，確保系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，維持無(wú)人機(jī)水平穩(wěn)定飛行，按設(shè)定飛行控制關(guān)鍵參數(shù)平穩(wěn)飛行，保持基本飛行狀態(tài)；
5、s2：縱向制導(dǎo)模式關(guān)閉，橫航向制導(dǎo)模式關(guān)閉，俯仰增穩(wěn)控制變?yōu)橛强刂?，改變無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)，為轉(zhuǎn)彎等操作做準(zhǔn)備，引入推進(jìn)器配合傾斜操作，調(diào)整機(jī)身傾斜角度以改變飛行方向，提升無(wú)人機(jī)飛行高度，用于調(diào)整至特定高度執(zhí)行任務(wù)，開(kāi)啟推進(jìn)器提供動(dòng)力，滿足加速、改變飛行狀態(tài)等動(dòng)力需求；
6、s3：俯仰增穩(wěn)控制模式變?yōu)榭v向加速度控制，推進(jìn)器輔助實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，結(jié)合傾斜與轉(zhuǎn)彎操作，使其按規(guī)劃改變飛行方向；
7、s4：調(diào)整航跡傾角指令和縱向加速度指令對(duì)飛行方向和水平狀態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保無(wú)人機(jī)回到或保持期望水平飛行路徑與姿態(tài)；
8、s5：設(shè)定最終飛行控制參數(shù)，更新命令輸出變量，使無(wú)人機(jī)達(dá)到任務(wù)要求的最終穩(wěn)定飛行狀態(tài)。
9、有益效果：本發(fā)明提供一種無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，通過(guò)多階段精確控制實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)效果；初始化精準(zhǔn)設(shè)定參數(shù)，為后續(xù)飛行奠定基礎(chǔ)；各飛行階段按序依條件切換，平飛、傾斜、拉起等階段靈活調(diào)整姿態(tài)與軌跡，控制模式按需切換提升適應(yīng)性；推進(jìn)器經(jīng)專門函數(shù)精準(zhǔn)調(diào)控，依特定條件精細(xì)操作命令位，保障合適動(dòng)力供應(yīng)，全流程有序管理，確保飛行穩(wěn)定規(guī)范。本發(fā)明有效解決了環(huán)境干擾和通用性問(wèn)題，實(shí)時(shí)感知飛行狀態(tài)(如側(cè)滑角、空速、高度)，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，引入推進(jìn)器安全保護(hù)模式，在突發(fā)氣流或異常情況下，自動(dòng)截?cái)喾潜匾僮髦噶?，?yōu)先保障姿態(tài)穩(wěn)定，顯著提升了無(wú)人機(jī)軌跡控制的魯棒性和跨平臺(tái)適用性，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)境適應(yīng)性差和控制策略泛化能力不足的問(wèn)題。
1.一種無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，所述飛行控制關(guān)鍵參數(shù)包括橫航向制導(dǎo)、縱向制導(dǎo)、俯仰增穩(wěn)、滾轉(zhuǎn)增穩(wěn)、偏航增穩(wěn)控制方式；所述變量初值為初始推力，初始過(guò)載，初始姿態(tài)角和初始迎角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，所述橫航向制導(dǎo)用滾轉(zhuǎn)角控制偏航角的方式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，所述縱向制導(dǎo)用俯仰角控制高度的控制方式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，所述偏航增穩(wěn)控制用側(cè)向加速度控制的控制方式如下式所示：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，迎角控制中迎角指令為：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，s3中推進(jìn)器輔助實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)彎動(dòng)作中將推進(jìn)器指令的第三位設(shè)置為0，第一位設(shè)置為0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，所述航跡傾角指令為：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，所述縱向加速度指令為：
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)人機(jī)的軌跡控制策略，其特征在于，s5中俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航增穩(wěn)控制變?yōu)閟1中的控制方位，自動(dòng)油門設(shè)置為空速控制，空速指令為巡航速度。