一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法及系统与流程

1.本技术属于飞控系统领域，特别涉及一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法及系统。


背景技术：

2.无人机能够摆脱人的生理限制，在机动性、留空时间等方面具有先天优势。无人机可进行宽泛的水平面、垂直面的超机动，可使空间机动能力显著提升。
3.由于特殊任务中包括高动态、高智能、最复杂的对抗和博弈任务，对自主和协同能力要求非常高，逻辑复杂，尚未在技术上取得全面突破。如何在无人自主任务中，实现机动动作灵活多样，动作执行稳定可靠，有效提高无人自主任务的效能一直是本领域的技术难点。
4.因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法及系统，以解决现有技术存在的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：本技术的第一个方面提供了一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，包括：步骤一、在平飞状态下，无人机接收第一控制指令，并根据所述第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转，在满足第一判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第一控制指令为滚转角=180
°
；步骤二、无人机接收第二控制指令，并根据所述第二控制指令进行半筋斗动作，在满足第二判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第二控制指令为滚转角=180
°
，法向过载=4g；步骤三、无人机接收第三控制指令，并根据所述第三控制指令进行半筋斗动作，在满足第三判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第三控制指令为滚转角速率=0
°
/s，法向过载=4g；步骤四、无人机接收第四控制指令，并根据所述第四控制指令进行半筋斗动作，在满足第四判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第四控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=4g；步骤五、无人机接收第五控制指令，并根据所述第五控制指令完成半滚倒转机动动作，所述第五控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=1g。
7.在本技术的至少一个实施例中，所述第一判定条件为滚转角=180
°
。
8.在本技术的至少一个实施例中，所述第二判定条件为俯仰角≤-85
°
。
9.在本技术的至少一个实施例中，所述第三判定条件为俯仰角＞-85
°
。
10.在本技术的至少一个实施例中，所述第四判定条件为俯仰角＞-5
°
。
11.在本技术的至少一个实施例中，在步骤二、三、四中，均通过控制无人机的拉杆实现半筋斗动作。
12.在本技术的至少一个实施例中，在步骤四、五中，所述滚转角、滚转角速率闭环控制指令根据外环导引控制律解算得到。
13.在本技术的至少一个实施例中，在步骤五中，法向过载指令由4g到1g经过3s线性淡化过程。
14.本技术的第二个方面提供了一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制系统，包括：第一控制模块，用于在平飞状态下，向无人机发送第一控制指令，使得所述无人机能够根据所述第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转，其中，所述第一控制指令为滚转角=180
°
；第二控制模块，用于向无人机发送第二控制指令，使得所述无人机能够根据所述第二控制指令进行半筋斗动作，其中，所述第二控制指令为滚转角=180
°
，法向过载=4g；第三控制模块，用于向无人机发送第三控制指令，使得所述无人机能够根据所述第三控制指令进行半筋斗动作，其中，所述第三控制指令为滚转角速率=0
°
/s，法向过载=4g；第四控制模块，用于向无人机发送第四控制指令，使得所述无人机能够根据所述第四控制指令进行半筋斗动作，其中，所述第四控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=4g；第五控制模块，用于向无人机发送第五控制指令，使得所述无人机能够根据所述第五控制指令完成半滚倒转机动动作，所述第五控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=1g。
15.发明至少存在以下有益技术效果：本技术的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，通过对滚转角、滚转角速率、过载等状态量多模态控制，使无人机完成半滚倒转超机动动作，通过多模态控制可保证超机动动作稳定可靠，在无人自主任务中可大大提高任务效能。
附图说明
16.图1是本技术一个实施方式的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法流程图；图2是本技术一个实施方式的外环导引控制律结构示意图；图3是本技术一个实施方式的法向过载线性淡化过程示意图；图4是本技术一个实施方式的半滚倒转机动动作示意图；图5 是本技术一个实施方式的在风扰条件下高机动无人机的半滚倒转过程中高度、法向过载和姿态角的仿真响应曲线。
具体实施方式
17.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类
似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
18.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
19.下面结合附图1至图5对本技术做进一步详细说明。
20.本技术的第一个方面提供了一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，参见图1，包括以下步骤：步骤一、在平飞状态下，无人机接收第一控制指令，并根据第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转，在满足第一判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，第一控制指令为滚转角=180
°
；步骤二、无人机接收第二控制指令，并根据第二控制指令进行半筋斗动作，在满足第二判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，第二控制指令为滚转角=180
°
，法向过载=4g；步骤三、无人机接收第三控制指令，并根据第三控制指令进行半筋斗动作，在满足第三判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，第三控制指令为滚转角速率=0
°
/s，法向过载=4g；步骤四、无人机接收第四控制指令，并根据第四控制指令进行半筋斗动作，在满足第四判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，第四控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=4g；步骤五、无人机接收第五控制指令，并根据第五控制指令完成半滚倒转机动动作，第五控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=1g。
21.本技术的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，半滚倒转是由前半段的横滚和后半段的筋斗结合起来组成的，无人机由平飞开始，先根据第一控制指令绕纵轴进行滚转180
°
，完成半滚倒转前半段，然后通过控制拉杆做向下的半筋斗动作，半筋斗动作包括根据第二控制指令完成的半筋斗动作的前半段，以及根据第三控制指令和第四控制指令完成的半筋斗动作的后半段，在完成半筋斗动作的前半段后无人机的俯仰角由0
°
渐变为-90
°
，在完成半筋斗动作的后半段后无人机的俯仰角由-90
°
渐变为0
°
，最终通过降低了高度，获取速度优势和变换180
°
飞行方向。
22.本技术的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，第一判定条件为滚转角=180
°
，第二判定条件为俯仰角≤-85
°
，第三判定条件为俯仰角＞-85
°
，第四判定条件为俯仰角＞-5
°
，在步骤二、三、四中，均通过控制无人机的拉杆实现半筋斗动作。
23.本技术的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，在步骤四、五中，滚转角、滚转角速率闭环控制指令根据外环导引控制律解算得到。控制律结构示意图如图2所示，根据
外环导引控制律获取侧向过载指令，在过载分配后得到闭环滚转角指令，在滚转角控制后得到闭环滚转角速率指令。
24.本技术的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，在步骤五中，为了保证无人机能够平稳过渡到平飞状态，法向过载指令由4g到1g需要经过3s线性淡化过程，参见图3。
25.在本技术的一个具体实施方式中，图4给出初始无人机平飞状态下进行半滚倒转机动，首先进行180
°
横滚，进入倒飞状态后，然后通过拉杆进行半筋斗动作，完成半滚倒转后，无人机高度下降，速度提升，飞行方向改变180
°
，在任务中可通过该动作完成规避动作，变被动为主动，具有明显的敏捷性优势。图5 给出在风扰条件下高机动无人机的半滚倒转过程中高度、法向过载和姿态角的仿真响应曲线。其中，时刻
①
表示无人机由平飞进入半滚倒转时刻；
①
~
②
时间段表示半滚倒转的前半段，无人机基本进入倒飞状态；
②
~
③
时间段表示半筋斗动作的前半段，俯仰角由0
°
逐渐趋近-90
°
；
③
~
④
时间段表示半筋斗动作的后半段，俯仰角由-90
°
逐渐趋近0
°
；时刻
④
表示无人机结束半滚倒转进入平飞时刻。
26.基于上述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，本技术的第二个方面提供了一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制系统，包括：第一控制模块，用于在平飞状态下，向无人机发送第一控制指令，使得无人机能够根据第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转，其中，第一控制指令为滚转角=180
°
；第二控制模块，用于向无人机发送第二控制指令，使得无人机能够根据第二控制指令进行半筋斗动作，其中，第二控制指令为滚转角=180
°
，法向过载=4g；第三控制模块，用于向无人机发送第三控制指令，使得无人机能够根据第三控制指令进行半筋斗动作，其中，第三控制指令为滚转角速率=0
°
/s，法向过载=4g；第四控制模块，用于向无人机发送第四控制指令，使得无人机能够根据第四控制指令进行半筋斗动作，其中，第四控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=4g；第五控制模块，用于向无人机发送第五控制指令，使得无人机能够根据第五控制指令完成半滚倒转机动动作，第五控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=1g。
27.本技术的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法及系统，以高机动无人机为设计对象，利用高机动无人机的垂直机动能力，通过对滚转角、滚转角速率、过载等多模态控制方式，实现半滚倒转超机动多模态控制，使无人机完成半滚倒转超机动动作，显著提升任务效能。
28.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，包括：步骤一、在平飞状态下，无人机接收第一控制指令，并根据所述第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转，在满足第一判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第一控制指令为滚转角=180
°
；步骤二、无人机接收第二控制指令，并根据所述第二控制指令进行半筋斗动作，在满足第二判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第二控制指令为滚转角=180
°
，法向过载=4g；步骤三、无人机接收第三控制指令，并根据所述第三控制指令进行半筋斗动作，在满足第三判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第三控制指令为滚转角速率=0
°
/s，法向过载=4g；步骤四、无人机接收第四控制指令，并根据所述第四控制指令进行半筋斗动作，在满足第四判定条件后，进入下一步，否则重复本步骤，其中，所述第四控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=4g；步骤五、无人机接收第五控制指令，并根据所述第五控制指令完成半滚倒转机动动作，所述第五控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=1g。2.根据权利要求1所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，所述第一判定条件为滚转角=180
°
。3.根据权利要求2所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，所述第二判定条件为俯仰角≤-85
°
。4.根据权利要求3所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，所述第三判定条件为俯仰角＞-85
°
。5.根据权利要求4所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，所述第四判定条件为俯仰角＞-5
°
。6.根据权利要求5所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，在步骤二、三、四中，均通过控制无人机的拉杆实现半筋斗动作。7.根据权利要求6所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，在步骤四、五中，所述滚转角、滚转角速率闭环控制指令根据外环导引控制律解算得到。8.根据权利要求6所述的高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法，其特征在于，在步骤五中，法向过载指令由4g到1g经过3s线性淡化过程。9.一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制系统，其特征在于，包括：第一控制模块，用于在平飞状态下，向无人机发送第一控制指令，使得所述无人机能够根据所述第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转，其中，所述第一控制指令为滚转角=180
°
；第二控制模块，用于向无人机发送第二控制指令，使得所述无人机能够根据所述第二控制指令进行半筋斗动作，其中，所述第二控制指令为滚转角=180
°
，法向过载=4g；第三控制模块，用于向无人机发送第三控制指令，使得所述无人机能够根据所述第三控制指令进行半筋斗动作，其中，所述第三控制指令为滚转角速率=0
°
/s，法向过载=4g；第四控制模块，用于向无人机发送第四控制指令，使得所述无人机能够根据所述第四控制指令进行半筋斗动作，其中，所述第四控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，
法向过载=4g；第五控制模块，用于向无人机发送第五控制指令，使得所述无人机能够根据所述第五控制指令完成半滚倒转机动动作，所述第五控制指令为滚转角、滚转角速率闭环控制指令，法向过载=1g。

技术总结
本申请属于飞控系统领域，特别涉及一种高机动无人机的半滚倒转多模态控制方法及系统。方法包括：在平飞状态下，无人机接收第一控制指令，并根据第一控制指令实现无人机绕纵轴进行滚转；无人机接收第二控制指令，并根据第二控制指令进行半筋斗动作；无人机接收第三控制指令，并根据第三控制指令进行半筋斗动作；无人机接收第四控制指令，并根据第四控制指令进行半筋斗动作；无人机接收第五控制指令，并根据第五控制指令完成半滚倒转机动。本申请通过对滚转角、滚转角速率、过载等状态量多模态控制，使无人机完成半滚倒转超机动动作，通过多模态控制可保证超机动动作稳定可靠，在无人自主任务中可大大提高任务效能。主任务中可大大提高任务效能。主任务中可大大提高任务效能。


技术研发人员：孙智孝 丁江川 蔡云鹏 张鹏
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：2022.04.25
技术公布日：2022/5/25