翼伞控制律试验调试平台及调试方法

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翼伞控制律试验调试平台及调试方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及翼伞的调试平台，尤其涉及一种应用于精确空投系统中翼伞控制律参数的调试，通过有限的空投试验获得翼伞的操纵特性参数，完成对翼伞的飞行控制关键参数的调整确定的翼伞控制律试验调试平台及调试方法。\n背景技术\n[0002] 精确空投系统中翼伞作为气动减速飞行装置，充分利用其滑翔性能、可操纵性能、雀降性能实现远距可操纵飞行，最终完成定点精确着陆。\n[0003] 由于翼伞自身结构是柔性飞行系统，飞行控制受自身运动特性、外界气象条件等多种因素的影响，且翼伞的伞形不同、面积不同，其运动特性均有较大的差别。由于翼伞是柔性飞行系统，其特性受外界环境影响，特别是风场的影响较大，无论是动力学仿真计算、还是地面模拟试验都无法获得准确的运动特性参数，因此，翼伞飞行控制律参数依赖空投试验调参确定。\n[0004] 空投试验特别是重型装备的试验受试验用机、气象、空投场地理环境多种条件制约、加之空投试验组织协调复杂、试验费用高、试验风险大等原因，只能进行少量的试验验证。但是，翼伞控制律参数涉及到翼伞的滑翔速度、下降速度、不同操纵量下的转弯半径、转弯角速率等多项参数，通常需要大量的空投试验获取参数。因此，目前通过有限的空投试验完成翼伞控制律的调参难于完成。\n发明内容\n[0005] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中受多种条件制约，无法通过有限的空投试验完成翼伞控制律的调参的缺陷，提供一种通过有限的空投试验获得翼伞的操纵特性参数，完成对翼伞的飞行控制关键参数的调整确定的翼伞控制律试验调试平台及调试方法。\n[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0007] 提供一种翼伞控制律试验调试平台，包括地面设备和空中设备，其中：\n[0008] 地面设备包括地面调试站和地面调试电台；\n[0009] 空中设备包括控制中心，以及均与该控制中心通信连接的空中调试电台和驱动结构，空中调试电台与地面调试平台进行双向无线通讯；该空中设备还包括左右伺服机构，左右伺服机构与驱动结构连接，在驱动结构的驱动下控制翼伞左右操纵绳的收放；\n[0010] 地面调试站通过地面调试电台将调试配置参数上传给空中调试电台；控制中心按照预置的控制律及通过空中调试电台获取的调试配置参数控制翼伞的飞行，驱动结构及左右伺服机构根据控制中心的指令，完成翼伞操纵绳的卷入或释放，从而控制翼伞的飞行方向；\n[0011] 在翼伞飞行过程中，控制中心接收卫星信号，获取翼伞在空中的位置信息，并通过空中调试电台将数据发送给地面调试站，通过地面调试站显示翼伞在空中的飞行轨迹。\n[0012] 本发明所述的翼伞控制律试验调试平台中，所述空中设备集成在控制箱内。\n[0013] 本发明所述的翼伞控制律试验调试平台中，所述调试配置参数包括PID控制的比例、积分、微分系数，盘旋的内径和外径，盘旋的高度，刹车的高度，各偏航角下的操纵量值，操纵量的极值以及盘旋操纵量。\n[0014] 本发明所述的翼伞控制律试验调试平台中，控制中心包括微处理器和卫星接收机；驱动结构包括驱动放大电路和大功率直流继电器；左右伺服机构包括直流电动机构及减速装置。\n[0015] 本发明还提供了一种翼伞控制律试验调试方法，包括以下步骤：\n[0016] 步骤1初步测试翼伞的主要运动特性参数：\n[0017] 第一步：系统空投后，翼伞展开进入全滑翔状态下，此时通过控制中心测试翼伞滑翔飞行的水平速度及下降速度；\n[0018] 第二步：地面调试站上传控制指令，对翼伞左右操纵绳分别下拉预设的多个操纵量，测试各操纵量下翼伞旋转一圈的时间和旋转的半径，以及旋转一圈下降的高度和旋转角速率；\n[0019] 第三步：地面调试站上传控制指令，对翼伞双侧操纵绳分别下拉预设的多个操纵量，测试不同操纵量下翼伞的下降速度和下降高度；\n[0020] 步骤2预置控制律：\n[0021] 根据获取的翼伞运动特性参数，运用PID控制器的设计方法，预置翼伞飞行控制律参数的初值，将不同偏航角下操纵量的分级量、盘旋半径以及盘旋高度的关键参数设定为可配置参数；\n[0022] 步骤3空投试验调参过程：\n[0023] 第一步：控制中心按照已预置控制律控制翼伞的飞行方向，并实时将翼伞的运动轨迹下传至地面调试站，调试站显示翼伞当前的运动轨迹；\n[0024] 第二步：通过地面调试站观察翼伞运动轨迹，与理想轨迹进行对比，找出影响翼伞运动偏离的关键参数；\n[0025] 第三步：修改参数，对翼伞控制律参数重新装订，通过调试电台上传至控制中心；\n[0026] 第四步：控制中心依据重新配置的控制律参数，控制翼伞飞行方向，并下传当前运动轨迹；\n[0027] 重复执行步骤3，确定翼伞控制律关键参数。\n[0028] 本发明所述的方法中，步骤1中“对翼伞左右操纵绳分别下拉预设的多个操纵量”具体为：对翼伞左右操纵绳分别下拉25%、50%、75%、100%的操纵量；\n[0029] “对翼伞双侧操纵绳分别下拉预设的多个操纵量”具体为：对翼伞双侧操纵绳分别下拉25%、50%、75%、100%的操纵量。\n[0030] 本发明产生的有益效果是：本发明采用调试平台完成翼伞控制律的调参，可应用于不同翼型、不同面积的翼伞的控制律参数的调试确定。该调试平台可以实现实时调试，通过翼伞轨迹实时观察调试效果，具有实时、高效、直观、工作可靠的特点，还可以实现人工干预，实用性强，可减少空投试验的数量，降低空投的风险，提高效率。\n附图说明\n[0031] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：\n[0032] 图1a为空中翼伞的示意图；\n[0033] 图1b是翼伞控制律试验调试平台工作示意图；\n[0034] 图2是翼伞控制律试验调试平台组成图；\n[0035] 图3是地面调试站翼伞运动轨迹监控图例。\n具体实施方式\n[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0037] 本发明采用翼伞控制律试验调试平台完成翼伞飞行控制律关键参数的调试。如图\n1a和图1b所示，该调试平台包含地面设备和空中设备。地面设备包括地面调试站和地面调试电台。空中设备包括控制中心，以及均与该控制中心通信连接的空中调试电台和驱动结构，空中调试电台与地面调试平台进行双向无线通讯；该空中设备还包括左右伺服机构，左右伺服机构与驱动结构连接，在驱动结构的驱动下控制翼伞左右操纵绳的收放。\n[0038] 地面调试站可以实时显示翼伞在空中的飞行状态参数及飞行轨迹，此外，地面调试站将翼伞控制律参数配置装订，通过地面调试电台上传至空中的控制中心。两个调试电台完成调试参数、翼伞信息的上下行传输；控制中心完成翼伞系统在空中的实时定位，计算导航参数，根据调整后的控制律参数控制翼伞的飞行状态；驱动伺服机构根据控制指令完成翼伞操纵绳的卷入或释放，改变翼伞飞行方向。\n[0039] 地面调试电台和空中调试电台采用双工数传电台，满足数据双向无线传输的要求，数据传输距离不小于20km。地面调试站可采用便携式笔记本计算机，运行windows操作系统下的地面调试软件，用于空中翼伞系统的监控及调试。控制中心可采用高运算的微处理器为核心，内含卫星接收机，完成翼伞的控制、翼伞系统的定位、翼伞运动状态等数据的下传。本发明实施例中，可将驱动结构做成盒状，驱动结构盒内含驱动放大电路及大功率直流继电器，接收控制中心发出的电机端口控制命令，驱动相应继电器的吸合或释放；伺服机构包含电动机构及绞盘减速装置，驱动结构盒中继电器控制伺服机构电动机构的转动；翼伞操纵绳分为左侧、右侧两根操纵绳，左右两组伺服机构分别控制左右两根操纵绳的收放。\n[0040] 如图2所示，调试电台完成数据的上下行无线传输；地面调试站完成调试参数的配置及上传，并显示翼伞在空中的飞行运动轨迹；控制中心按照预置的控制律及配置的参数，完成翼伞的飞行控制，并接收卫星信号，获取翼伞在空中的位置信息；驱动结构及左右伺服机构按照控制中心的指令，完成翼伞操纵绳的卷入或释放，从而控制翼伞的飞行方向。\n[0041] 其中，配置的参数包含：PID控制的比例、积分、微分系数；盘旋的内径、外径；盘旋的高度；刹车的高度；各偏航角下的操纵量值；操纵量的极值；盘旋操纵量等。\n[0042] 翼伞控制律试验调试平台工作流程如下：\n[0043] （1）初步测试翼伞的主要运动特性参数，即空投试验调参前，先进行翼伞运动特性参数的测试，确定翼伞控制律参数的初值：\n[0044] 第一步：系统空投后，翼伞展开进入全滑翔状态下，此时通过控制中心测试翼伞滑翔飞行的水平速度及下降速度。\n[0045] 第二步：地面调试站上传控制指令，分别对翼伞左右操纵绳下拉如25%、50%、75%、\n100%的操纵量，测试各操纵量下翼伞旋转一圈的时间、旋转的半径，旋转一圈下降的高度、旋转角速率。\n[0046] 第三步：地面调试站上传控制指令，分别对翼伞双侧操纵绳下拉如25%、50%、75%、\n100%的操纵量，测试不同操纵量下翼伞的下降速度、下降高度。\n[0047] 测试完成后确定控制律参数的初值。\n[0048] （2） 预置控制律：\n[0049] 根据获取的翼伞运动特性参数，运用PID控制器的设计方法，预置翼伞飞行控制律参数的初值，将不同偏航角下操纵量的分级量、盘旋半径、盘旋高度等关键参数设定为可配置参数。可配置的参数主要包含：翼伞最大操纵量LM、刹车或雀降操纵量LQ、刹车或雀降的高度HQ、PID控制器的系数KP/KI/KD、翼伞盘旋的半径范围RMA/RMI，高度范围HR、寻的飞行的分隔δ、每隔操纵量的大小Lδ。\n[0050] （3） 空投试验调参过程：\n[0051] 第一步：空投后，控制中心接收卫星信号，对翼伞系统实施空中定位，根据定位的结果，按照预先配置的控制律参数进行翼伞飞行方向的控制，并将翼伞在空中的运动轨迹下传至地面调试站。\n[0052] 第二步：调试站显示翼伞当前的运动轨迹通过地面调试站观察翼伞运动轨迹，如图3所示，与理想轨迹进行对比，找出影响翼伞运动偏离的关键参数。\n[0053] 第三步：适时修改参数，对翼伞控制律参数重新修正，通过调试电台上传至控制中心。\n[0054] 第四步：控制中心依据重新配置的控制律参数，控制翼伞飞行方向，并下传当前运动轨迹。\n[0055] （4） 重复上述步骤（3），执行多次，可确定翼伞控制律关键参数。\n[0056] 控制中心接收到更新的控制律参数后，按照当前更新后的控制律对翼伞进行飞行控制。地面调试站获得翼伞飞行轨迹，逐渐修正参数、逐渐逼近理想轨迹，最终获得理想的控制律参数。\n[0057] 本发明采用调试平台完成翼伞控制律的调参，可应用于不同翼型、不同面积的翼伞的控制律参数的调试确定。该调试平台可以实现实时调试，通过翼伞轨迹实时观察调试效果，具有实时、高效、直观、工作可靠的特点，还可以实现人工干预，实用性强，可减少空投试验的数量，降低空投的风险，提高效率。\n[0058] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。