Vg, wJT無人機(jī)與航母之間機(jī)體坐標(biāo)系下相對矢量速度分量；
[0066] ω3 ω3= [p a, qa, ra]T無人機(jī)機(jī)體系下的角速度分量；
[0067] qa無人機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系下俯仰角速度；
[0068] qs航母機(jī)體坐標(biāo)系下俯仰角速度；
[0069] qe無人機(jī)與航母之間機(jī)體坐標(biāo)系下相對俯仰角速度；
[0070] ζ 航母體軸與甲板跑到軌跡夾角；
[0071] R 航母體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣；
[0072] Rbg無人機(jī)體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣；
[0073] Rsa航母體坐標(biāo)系到無人機(jī)體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣；
[0074] ms航母的質(zhì)量；
[0075] ma無人機(jī)的質(zhì)量；
[0076] Fa 無人機(jī)的氣動(dòng)力；
[0077] Ma無人機(jī)的氣動(dòng)力矩；
[0078] τs 航母的水動(dòng)力及力矩；
[0079] Ia無人機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0080] B 控制矩陣；
[0081] & 速度增益矩陣；
[0082]k2位移增益矩陣；
[0083] C(vs)科里奧利和向心力矩陣；
[0084] D(vs)阻尼參數(shù)矩陣；
【具體實(shí)施方式】
[0085] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明中的各部分設(shè)計(jì)方法作進(jìn)一步的說明：
[0086] 本發(fā)明"一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法"，其具體步驟如下：
[0087] 步驟一：建立無人機(jī)與航母運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型
[0088] 1)如圖1所示，以無人機(jī)重心為原點(diǎn)建立體坐標(biāo)系0axayaza;以航母重心為原點(diǎn)建 立體坐標(biāo)系〇sxsyszs;以地面上任一點(diǎn)為原點(diǎn)建立慣性坐標(biāo)系0gxgygzg，其中原點(diǎn)0 g為地面 任意一點(diǎn)，〇gxg指向北，0gyg指向東，0gzg指向地心。
[0089] 2)無人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型如-
;航母平面動(dòng)力學(xué)模型如下
[0090]
于航母與無人機(jī)之間存在相對運(yùn)動(dòng)的位置關(guān)系，
[0091] 即相對運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為
[0092] 步驟二：根據(jù)反饋線性化理論方法設(shè)計(jì)無人機(jī)對航母軌跡控制器。
[0093] 將航母與無人機(jī)相對運(yùn)動(dòng)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成如下形式：
[0094]
[0095]其中，
[0096] ①相對位置狀態(tài)量
[0097]
[0098] ②無人機(jī)體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣
[0099]
[0100] ③反饋線性化控制矩陣
[0101]
[0102] 步驟三：設(shè)計(jì)期望航母的空間軌跡；設(shè)計(jì)期望相對跟蹤值；設(shè)計(jì)期望相對速度。
[0103] 設(shè)計(jì)期望船的平面軌跡為直線，直線軌跡由船無控制干擾情況下初始速度確 定。船的垂直軌跡為波浪起伏曲線zs(t) = 1.22sin(0. 6t)+0. 305sin(0. 2t)確定，記作 zs(t);設(shè)計(jì)無人機(jī)與航母的期望相對位置
，其中if=0;期望相對速度為
：；>0;C2 > 0為常數(shù)，為無人機(jī)與航母的期望相對 速度沿機(jī)體坐標(biāo)系的分解量； <、私"分別為期望無人機(jī)與航母相對俯仰角與俯仰角速度。 其中
[0104] 步驟四：計(jì)算消除期望位置與實(shí)際位置之間誤差。
[0105]計(jì)算消除期望位置與實(shí)際位置之間的誤差尾，Pe=[Xe，ye，2」7為機(jī) 體與航母空間軌跡之間的位置誤差，可由規(guī)劃軌跡起始點(diǎn)機(jī)體位置坐標(biāo)匕=[I，I，％^與 航母直線軌跡Ps=[Xs,ys,zs]l?差求得。其計(jì)算方法如下：
[0106]
[0107] 無人機(jī)在進(jìn)艦著艦的最后階段，無人機(jī)截獲合適的下滑道后，一直保持相同的俯 仰角、速度和下沉率，直至無人機(jī)與航母飛行甲板碰撞，實(shí)現(xiàn)撞擊式著艦。Θa為無人機(jī)的俯 仰角，其角度為無人機(jī)機(jī)體縱軸與地面坐標(biāo)系縱軸之間夾角；Θs為船俯仰角，其角度為航 母機(jī)體系縱軸線與地面坐標(biāo)系縱軸之間夾角。即叭=Θa-0s;;跟蹤俯仰角、速度、下沉 率誤差其計(jì)算方法如下：
[0108] ^
^
[0109] 步驟五：各執(zhí)行部件控制信號計(jì)算：計(jì)算實(shí)現(xiàn)控制量所需的執(zhí)行部件控制量u=
[5 T,5 a,5 e,5 rl0
[0110] 在步驟四中所述的消除期望相對位置與實(shí)際相對位置之間的誤差以及消除期望 俯仰角與實(shí)際俯仰角之間的誤差所需的控制量U，其計(jì)算方法如下：
[0111]
[0112] ΒΡ-.Κ,= 7 + 1?
[0113] 設(shè)計(jì)狀態(tài)控制量
[0114]
[0115]
[0116]
[0117] 其中，
[0118] u=[Uiu2u3u4]T=[δτδrδaδJT
[0119]
[0120]

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，其特征具體步驟如下： 步驟一建立無人機(jī)與航母動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)倆者的相對位置，建立相對運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 步驟二根據(jù)反饋線性化理論方法設(shè)計(jì)無人機(jī)對航母軌跡控制器。 步驟三設(shè)計(jì)期望航母的空間軌跡；設(shè)計(jì)期望相對跟蹤值；設(shè)計(jì)期望相對速度。 步驟四計(jì)算消除期望與實(shí)際相對縱向(尤）、（R)，橫向<艿)和垂向<元）相對位置的誤 差；計(jì)算消除期望相對俯仰角與實(shí)際相對俯仰角之間的誤差ξ以及俯仰角速度氣和下沉率 秘。 步驟五各執(zhí)行部件控制信號計(jì)算：計(jì)算實(shí)現(xiàn)控制量所需的執(zhí)行部件控制量U。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，其特征 在于： 在步驟一中所述的建立以無人機(jī)重心為原點(diǎn)體坐標(biāo)系〇axayaz a;以航母重心為原點(diǎn)體 坐標(biāo)系〇sxsyszs;以地面上任一點(diǎn)為原點(diǎn)慣性坐標(biāo)系O gxgygzg，其中原點(diǎn)Og為地面任意一點(diǎn)， OgXg指向北，〇 gyg指向東，〇 gzjg向地心。然后建立無人機(jī)與航母動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)倆者的相 對位置，建立相對運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，其特征 在于： 在步驟二中所述的根據(jù)反饋線性化理論方法設(shè)計(jì)無人機(jī)對航母軌跡控制器，其計(jì)算方 法如下：將航母與無人機(jī)相對運(yùn)動(dòng)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成如下形式：其中， ① 相對位置狀態(tài)量② 無人機(jī)體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣③ 反饋線性化控制矩陣4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，其特征 在于： 在步驟三中所述的設(shè)計(jì)期望船的平面軌跡為直線，直線軌跡由船無控制干擾情況下 初始速度確定。船的垂直軌跡為波浪起伏曲線zs(t) = 1.22sin(0.6t)+0. 305sin(0. 2t) 確定，記作zs(t);所述的設(shè)計(jì)期望相對速度為為常數(shù)， V:,<為無人機(jī)與航母的期望相對速度沿機(jī)體坐標(biāo)系的分解量。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，其特征 在于： 在步驟四中所述的計(jì)算消除期望位置與實(shí)際位置之間的誤差無人機(jī) 與航母的期望相對位置.為機(jī)體與航母空間 軌跡之間的位置誤差，可由規(guī)劃軌跡起始點(diǎn)機(jī)體位置坐標(biāo)匕=[^，^，2」1與航母直線軌跡 Ps= [1；3,7；3,2；3]1'做差求得。其計(jì)算方法如下 ：無人機(jī)在進(jìn)艦著艦的最后階段，無人機(jī)截獲合適的下滑道后，一直保持相同的俯仰角、 速度和下沉率，直至無人機(jī)與航母飛行甲板碰撞，實(shí)現(xiàn)撞擊式著艦。Θa為無人機(jī)的俯仰角， 其角度為無人機(jī)機(jī)體縱軸與地面坐標(biāo)系縱軸之間夾角；9 s為船俯仰角，其角度為航母機(jī)體 系縱軸線與地面坐標(biāo)系縱軸之間夾角。即叭=Θ a-0s;;跟蹤俯仰角、速度、下沉率誤差 其計(jì)算方法如下：其中，6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，其特征 在于： 在步驟五中所述的消除期望相對位置與實(shí)際相對位置之間的誤差以及消除期望俯仰 角與實(shí)際俯仰角之間的誤差所需的控制量u，其計(jì)算方法如下：其中，
【專利摘要】一種基于雙模型下的無人機(jī)自動(dòng)著艦軌跡控制方法，具體步驟如下：1.建立無人機(jī)與航母動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)倆者的相對位置，建立相對運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；2.根據(jù)反饋線性化理論方法設(shè)計(jì)無人機(jī)對航母軌跡控制器；3.設(shè)計(jì)期望航母的空間軌跡；設(shè)計(jì)期望相對跟蹤值；設(shè)計(jì)期望相對速度；4.計(jì)算消除期望與實(shí)際相對縱向橫向和垂向相對位置的誤差；計(jì)算消除期望相對俯仰角與實(shí)際相對俯仰角之間的誤差以及俯仰角速度和下沉率5.各執(zhí)行部件控制信號計(jì)算：計(jì)算實(shí)現(xiàn)控制量所需的執(zhí)行部件控制量u所需的執(zhí)行部件控制量[δT,δa,δe,δr]?？刂屏鞒桃姼綀D。
【IPC分類】G05D1/08, G05D1/10
【公開號】CN105425812
【申請?zhí)枴緾N201610025308
【發(fā)明人】祝明, 金正浩, 鄭澤偉, 孫亮, 郭宇航
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2016年1月14日