CN106507999B - 无人机最低高度保护控制*** - Google Patents
无人机最低高度保护控制***Info
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Abstract
本发明涉及一种无人机技术领域中的无人机最低高度自动保护控制***。以计算机为控制中心的控制***和电连接计算机的高度传感器、舵面操纵***、油门操纵***和/或伞降***，所述计算机配置有定时中断启动的小高度故障处置程序部件，该程序部件包括：低高度超边界控制模块和低高度故障处置控制模块。它根据高速传感器提供的高度判断是否需要对飞机高度进行控制，在高度低于超出最低边界时，自动控制飞机飞行高度，强制恢复正常飞行。本发明能够通过故障处置程序部件调整发动机油门开度提高飞机飞行速度，恢复正常飞行。即使在强干扰情况下，也能准确测量和控制无人机的高度，实施超视距自主飞行。解决了现有无人机不具备最低飞行高度控制易失速导致飞行事故的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机最低高度保护控制***。
背景技术
在未来高技术战争中，无人机将成为一种十分有效、必不可少的武器装备。受到越来越多国家的重视。当前，许多国家的军方都把无人机置于优先发展的地位。无人机是一种可重复使用的飞行器，与有人驾驶飞机不同，无人机在预定高度上飞行，需要通过监测飞机的飞行参数对飞机飞行进行控制，自主控制能力较差，本身不能排除故障。作出瞬时调整，通常要返回基地，易发生摔机事故。自身携带的传感器少，加装的传感器精度低，在环境噪音下提取和传递的有效信息微弱，在很大程度上要依赖地面操纵人员根据机载***传回的参数对飞机进行控制。无人机协调和变化的程度要比有人作战飞机复杂得多，要有安全可靠且冗长的数据链，一旦数据链被破坏，无论是使用有人机还是无人机，都会对空军作战能力造成巨大的影响。因此无人战斗机的故障恢复能力，是确保飞机飞行安全的关键。在飞机的安全控制***中，飞机的最低高度控制是一个重点，一旦飞机的飞行速度超过最低高度，突然掉高超过200米或飞机姿态角(俯仰或倾斜)超过60°时，就可能造成飞机与障碍物相撞或失去控制，导致飞机失事。当前国内外使用的和正在研制的无人机，主要由地面操纵人员控制飞机的最低飞行高度，基本不具备最低飞行高度的控制及相关的故障处置功能。
发明内容
为了克服现有无人机自身不能控制最低飞行高度和自身不能排除故障的不足，本发明提供一种不仅能自动测出无人机飞行高度是否超出规定范围，而且能准确地测量和自动控制无人机高度，自动处理飞机失高故障，恢复正常飞行的最低高度自动保护控制***。
本发明的目的是这样实现的，一种无人机最低高度保护控制***，包括：控制计算机和电连接控制计算机的高度传感器，其特征在于：所述计算机配置有定时中断启动的低高度故障处置程序部件，该程序部件包括：低高度超边界控制模块和低高度故障处置控制模块：低高度超边界控制模块，用于实时监测高速传感***获得的飞机高度，据此控制飞机的高度在允许使用范围内；低高度故障处置控制模块，用时钟定时中断触发，在持续检测到高度超出使用范围，通过调整舵面和发动机油门使飞机高度恢复到正常飞行范围，或按照低高度故障处置程序部件返场着陆；所述低高度超边界控制模块，包括：高度监测器，用于读取高度传感器获得的高度数据，并根据***状态标志情况调用相应的高度边界判断器判断下一步动作；高度边界判断器，用于根据获得的高度信号判断高度是否越界或恢复正常，并由计数器进行计数，当计数器达到规定值，设定相应的状态标志进行处理，低高度调整器在高度低于低高度边界后，保存***当前的飞行任务，设置相应的状态标志，将油门调到允许状态并向飞机发出爬升指令；所述低高度故障处置模块，包括：高度监测器，用于读取高度传感器获得的高度数据，并判断***是否处于低高度故障状；高度判断器，用于判断高度是否低于最小值，由计数器记录超出情况，当计数器达到规定值，启动低高度故障处置器；故障处置器，控制飞机的开伞回收。
其中，定时中断的控制计算机配置的故障处置程序部件可根据高速传感器提供的高度判断是否需要对飞机高度进行控制，在高度低于超出最低边界时，自动控制飞行和/或飞机着陆，强制恢复正常飞行。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明控制计算机配置的自动控制飞行高度，强制恢复正常飞行的故障处置程序部件，能够根据飞机高度传感器获得的当前飞机的飞行高度，判断飞机速度是否持续低于规定的最小值，如果持续低于最小值，则通过程序部件指令提高发动机油门，使高度增加到最小值之上，如高度无法提高，则控制飞机开伞着陆。控制程序部件采用时钟定时中断触发，自动强制控制飞机在最小允许高度之上飞行，或指令飞机伞降***开伞着陆。从而使在出现最低高度无法控制时也能控制飞机安全返航着陆，避免了飞机失高可能发生的飞行事故，保证了飞行器的安全。
本发明可控制飞机在最低允许高度之上飞行，使飞机小于最小允许飞行高度时实现自校正，航迹控制精度大幅度提高，解决了现有技术无人机不能控制最低飞行高度，容易导致飞行事故的不足之处。具有实时、可靠、漏报和误报率低的特点。不受外界环境变化因素的影响，能够在出现最低高度无法控制后可控制飞机安全着陆。它一方面限制了飞机在最低高度之上飞行，另一方面，当飞机出现故障，高度持续小于最小允许飞行高度时，能够通过故障处置程序保证飞机安全着陆。即使在强干扰情况下，也能准确测量和控制无人机的高度、航向以及地理坐标，从而成功实施超视距飞行程控和自主飞行，拓展了无人机的性能。
相比于现有技术，它具有如下的优点和特点：
自动化程度高。本***自动完成飞机高度的监测和控制，将飞机限制在最低高度之上飞行，可以实现地面人员的无忧操作，即使地面人员发出错误指令，也不会到导致飞机出现安全事故；另外当飞机出现低高度无法控制时，***可自动控制飞机自动开伞着陆，避免地面人员反应不及时或因通讯链路不通导致无法反应造成的损害。
漏报率低。***处置程序由时钟中断触发，间隔时间大致低于120ms，可保证对飞机姿态实施连续实时监控，防止漏报的产生；
误报率低。***可以在连续收到姿态异常信号后才启动相应的处置程序，消除了偶然信号误差导致的***误报。
双重安全机制。***对低高度的控制按两个阶段实施，一是当飞机低高度超出使用范围时，***就开始对速度进行纠正，这样可以避免飞机在可控情况下低于最低高度而引发故障程序，导致飞机不必要的损害。二是当飞机出现故障，低高度失去控制时，***能控制飞机及时开伞，减少飞机受到的损害。
附图说明
为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
图1是本发明的最低高度故障处置***关系框图。
图2是本发明控制最低高度故障的低高度超边界控制模块程序部件流程图。
图3是本发明低高度无法控制故障处置控制模块程序部件块流程图。
具体实施方式
图1描述了本发明各***之间采用数字信号进行信息传递的以计算机(下称控制计算机)为控制中心并电连接高度传感器、舵面操纵***、油门操纵***和/或伞降***，组成的控制无人机最低高度故障处置***。其中，
具有定时中断功能控制计算机：根据高度传感器提供的高度信号解算出舵面的角度和发动机油门开度并传给舵面操纵***及油门操纵***，在高度超出最低边界时，可以控制飞机自动开伞着陆。控制计算机。
高度传感器：采集飞机的高度信号，向控制计算机提供飞机的高度值，采样率不低于50Hz，并传递给飞控***。
舵面操纵***：根据控制计算机发出的指令操纵舵面偏转到指定角度，操纵舵面偏转到指定角度。
伞降***：根据控制计算机发出的指令进行开伞，完成降落伞打开和断开。
油门操纵***：根据飞机计算机发出的指令实现油门开度的调节和发动机关车。
各***之间采用数字信号进行传递。
本实施例控制计算机配置的自动控制无人机低高度故障处置程序部件，提供有可以不大于120ms定时中断。控制计算机根据高度传感器提供的高度判断是否需要对飞机高度进行控制，在高度低于超出最低边界时，自动控制飞机开伞着陆。所述配置的自动控制无人机低高度故障处置程序部件包括：低高度超边界控制模块和低高度故障处置控制模块两个主要模块。此两模块由控制计算机定时中断启动。实时监测高度传感***获得的飞机高度，据此控制飞机的高度在允许使用范围内。时钟定时中断触发，本实施例在持续10次检测到高度超出使用范围，则通过调整舵面和发动机油门使飞机高度恢复到正常范围，飞机恢复正常飞行。速度持续10次超过极限范围时，飞机按故障程序返场开伞着陆。
图2描述的速度超边界控制模块，主要包括：用于读取高度传感器获得的高度数据，并根据***状态标志情况调用相应的高度边界判断器判断下一步动作的高度监测器；用于根据获得的高度信号判断高度是否越界或恢复正常，并由计数器进行计数，当计数器达到规定值，设定相应的状态标志进行处理，低高度调整器在高度低于低高度边界后，保存***当前的飞行任务，设置相应的状态标志，将油门调到允许状态并向飞机发出爬升指令的高度边界判断器。高度监测器读取高度传感器获得的高度数据，并根据***状态标志情况调用相应的高度边界判断器判断下一步动作。高度边界判断器根据获得的高度信号判断高度是否越界或恢复正常，并由计数器进行计数，当计数器达到规定值，设定相应的状态标志进行处理。低高度调整器在高度低于低高度边界后，保存***当前的飞行任务，设置相应的状态标志，将油门调到规定状态并向飞机发出爬升指令。
本实施例的功能实现形式是：由***定时中断启动该程序，按下面程序执行；
1)从高度传感器读取飞机当前高度值；
2)判断飞机低高度状态是否有效，如不是，则进行下一步操作，如是，则按下面程序执行：
a)判断飞机高度是否达到规定值(本实例取1000m)，如不是，则高度正常计数器T1清零，退出程序，如是，则高度正常计数器T1加1；
b)判断高度正常计数器T1是否达到规定值(本实例取10)，如不是，则退出程序，如是，则执行下面程序：
①低高度状态置无效；
②恢复先前工作任务
③退出程序
3)判断飞机的高度是否小于边界值，如不是，则低高度超界计数器清零，退出程序，如是，低高度超界计数器加1；
4)判断低高度超界计数器是否大于10，如不是，退出程序，如是，则按下面程序执行：
a)保存当前工作任务；
b)发动机油门调到规定状态(本实例取最大状态)；
c)发出飞机爬升指令
d)低高度越界状态置有效；
e)退出程序。
图3描述的低高度故障处置模块，主要包括：用于读取高度传感器获得的高度数据，并判断***是否处于低高度故障状的高度监测器；用于判断高度是否低于最小值，由计数器记录超出情况，当计数器达到规定值，启动低高度故障处置器的高度判断器；控制飞机的开伞回收的故障处置器。高度监测器读取高度传感器获得的高度数据，并判断***是否处于低高度故障状。高度判断器判断高度是否低于最小值，由计数器记录超出情况，当计数器达到规定值，启动低高度故障处置器。故障处置器控制飞机的开伞着陆。
本实施例功能实现形式是：由***定时中断启动该程序，按下列程序执行：
1)从空速传感器读取飞机当前高度信号；
2)判断飞机是否正在进行低高度故障处置，如不是，则进行下一步操作；如是，则：
判断当前时间距故障时间是否大于规定值(本实例取1.5s)，如不是，退出程序，如是，则发出开伞指令，退出程序。
3)判断飞机的高度是否小于最低值，如不是，则最低高度计数器清零，退出程序，如是，最低高度计数器加1；
4)判断高度超出最低值计数器是否大于规定值(本实例取10)，如不是，退出程序，如是则：
a)发出姿态改平指令；
b)关闭发动机；
c)记录当前时间为故障零时；
d)低高度故障状态置有效；
c)退出程序。
Claims (1)
1.一种无人机最低高度保护控制***，包括：控制计算机和电连接控制计算机的高度传感器，其特征在于：所述计算机配置有定时中断启动的低高度故障处置程序部件，该程序部件包括：低高度超边界控制模块和低高度故障处置控制模块；
低高度超边界控制模块，用于实时监测高速传感***获得的飞机高度，据此控制飞机的高度在允许使用范围内；
低高度故障处置控制模块，用时钟定时中断触发，在持续检测到高度超出使用范围时，通过调整舵面和发动机油门使飞机高度恢复到正常飞行范围，或按照高度故障处置程序部件返场着陆；所述低高度超边界控制模块，包括：高度监测器，用于读取高度传感器获得的高度数据，并根据***状态标志情况调用相应的边界高度判断器判断下一步动作；边界高度判断器，用于根据获得的高度信号判断高度是否越界或恢复止常，并由计数器进行计数，当计数器达到规定值，设定相应的状态标志进行处理；低高度调整器在高度低于低高度边界后，保存***当前的飞行任务，设置相应的状态标志，将油门调到允许状态并向飞机发出爬升指令；所述低高度故障处置模块，包括：高度监测器，用于读取高度传感器获得的高度数据，并判断***是否处于低高度故障状态；高度判断器，用于判断高度是否低于最低值，由计数器记录超出情况，当计数器达到规定值，启动低高度故障处置器；故障处置器，控制飞机的开伞回收。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110007683A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-07-12 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种小展弦比飞翼无人机抗侧风着陆的控制方法 |
| CN113342050A (zh) * | 2014-12-31 | 2021-09-03 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 载运工具高度限制和控制 |
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2006
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