一種基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，通過改造控制信號，使得建立的控制對象模型不僅能夠適用變化小的過程，也能夠適用于變化大的過程，且建立的模型系統(tǒng)辨識精度高、模型預測能力好。本發(fā)明利用試飛數(shù)據(jù)，可避免高成本的風洞試驗，降低了前期研制費用。本發(fā)明通過改變試飛試驗數(shù)據(jù)中輸入信號（即控制信號）的數(shù)學特征，放大了不同輸入信號間的差異，從而縮小了估計模型和真實模型的誤差范圍，進而提高了估計模型的精度和預測能力。
【專利說明】一種基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象建模方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及控制對象建模領域，具體涉及一種基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法。
【背景技術】
[0002]對于飛行器控制對象模型的建立，建模方法主要有兩類:一是利用風洞試驗數(shù)據(jù)建立無人飛行器控制對象模型；二是利用試驗試飛數(shù)據(jù)通過模型辨識建立無人飛行器的控制對象模型。針對小型無人飛行器來說，風洞試驗成本巨大且在低速時精度不高，因此在前期研制階段多用第二種方法進行建模。但是，由于飛行試驗本身具有很多限制(飛行安全以及控制信號自身問題)，一般的試驗新型的小型飛行器，試驗數(shù)據(jù)一般只有變化范圍小的一段數(shù)據(jù)，不能很好地反映飛行器自身性能，不利于使用系統(tǒng)辨識的方法進行控制對象模型建立，最終得到的模型通常不適用于變化大的一段過程，且精度不高、預測性能比較差。
【發(fā)明內容】
[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，通過改造控制信號，使得建立的控制對象模型不僅能夠適用變化小的過程，也能夠適用于變化大的過程，且建立的模型系統(tǒng)辨識精度高、模型預測能力好。
[0004]本發(fā)明的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，首先對無人飛行器進行試飛，采集控制信號和飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)；然后計算控制信號中各點與控制信號最小值的差值；改造控制信號為周期脈沖形式，每個周期內的脈寬與該周期對應的所述差值成正比；最后利用所述飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)與改造后的控制信號進行無人飛行器控制對象模型的建模和參數(shù)辨識。
[0005]具體可以包括如下步驟:
[0006]步驟1，人工遙控小型無人飛行器在幾種典型速度下進行各種動作科目的試飛，并記錄小型無人飛行器在試飛過程中的控制信號和飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述控制信號包括俯仰舵、偏航舵、副翼舵和油門的控制信號，所述飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)包括飛行器俯仰角、偏航角、滾轉角和飛行速度數(shù)據(jù)；
[0007]步驟2，將小型無人飛行器的控制對象模型分為以俯仰舵控制信號為輸入、俯仰角為輸出的俯仰通道的控制對象模型，以副翼舵控制信號為輸入、滾轉角為輸出的滾轉通道的控制對象模型，以偏航舵控制信號為輸入、偏航角為輸出的偏航通道的控制對象模型，以及以油門控制信號為輸入、飛行器速度為輸出的速度通道的控制對象模型；
[0008]步驟3，對步驟I中獲得的各通道的控制信號進行如下處理:
[0009]
【權利要求】
1.一種基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，對無人飛行器進行試飛，采集控制信號和飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)；計算控制信號中各點與控制信號最小值的差值；改造控制信號為周期脈沖形式，每個周期內的脈寬與該周期對應的所述差值成正比；利用所述飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)與改造后的控制信號進行無人飛行器控制對象模型的建模和參數(shù)辨識。
2.如權利要求1所述的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，人工遙控小型無人飛行器在幾種典型速度下進行各種動作科目的試飛，并記錄小型無人飛行器在試飛過程中的控制信號和飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)；所述控制信號包括俯仰舵、偏航舵、副翼舵和油門的控制信號，所述飛行器狀態(tài)數(shù)據(jù)包括飛行器俯仰角、偏航角、滾轉角和飛行速度數(shù)據(jù)； 步驟2，將小型無人飛行器的控制對象模型分為以俯仰舵控制信號為輸入、俯仰角為輸出的俯仰通道的控制對象模型，以副翼舵控制信號為輸入、滾轉角為輸出的滾轉通道的控制對象模型，以偏航舵控制信號為輸入、偏航角為輸出的偏航通道的控制對象模型，以及以油門控制信號為輸入、飛行器速度為輸出的速度通道的控制對象模型； 步驟3，對步驟I中獲得的各通道的控制信號進行如下處理:
3.如權利要求2所述的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，所述步驟4中，各通道的控制對象模型采用線性傳遞函數(shù)模型。
4.如權利要求3所述的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，針對每個通道建立多個線性傳遞函數(shù)模型，取模型中的分子、分母階數(shù)小于或等于5階的所有情況，轉入步驟5 ； 步驟5，重新進行飛行器飛行試驗，將飛行試驗中的各通道的控制信號分別代入相應通道的所有控制對象模型中，將各通道所有控制對象模型的輸出與飛行試驗過程中相應通道的實際輸出進行對比，針對每個通道，選取與實際輸出結果擬合度最高的控制對象模型為該通道的最終控制對象模型。
5.如權利要求4所述的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，所述步驟5中，擬合度BF(q)的計算公式為:
6.如權利要求2所述的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，所述步驟I中，小型無人飛行器的遙控方法包括如下步驟: 步驟101:遙控無人飛行器進入平飛狀態(tài)，增加油門，用以提供速度通道辨識數(shù)據(jù)；步驟102:僅操縱俯仰舵，使無人飛行器進入爬升，此時如速度不夠，在姿態(tài)穩(wěn)定后加油繼續(xù)爬升，用以提供俯仰通道辨識數(shù)據(jù)； 步驟103:使無人飛行器下降回原高度，用以提供俯仰通道驗證數(shù)據(jù)； 步驟104:僅操縱副翼，使無人飛行器進入滾轉狀態(tài)，用以提供副翼通道辨識數(shù)據(jù)； 步驟105:僅操縱偏航舵，使無人飛行器進入偏航狀態(tài)，用以提供偏航通道辨識數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)106:進一步，遙控無人飛行器協(xié)調轉彎，用以提供偏航、滾轉通道驗證數(shù)據(jù)； 步驟107:遙控無人飛行器降落，完成數(shù)據(jù)采集試驗。
7.如權利要求2所述的基于試驗數(shù)據(jù)的小型無人飛行器控制對象模型建模方法，其特征在于，a=l，b=0o
【文檔編號】G05B13/04GK103760769SQ201310753057
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權日:2013年12月31日
【發(fā)明者】李 杰, 張志棟, 彭廣平, 馬寶華, 劉暢, 胡小林, 孟麗娟, 劉菲, 趙驥, 張赫, 徐蓓蓓 申請人:北京理工大學, 北京中宇新泰科技發(fā)展有限公司