動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法及裝置、動(dòng)力傘控制方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法及裝置。該方法包括：獲取動(dòng)力傘的非線性模型，非線性模型包括動(dòng)力傘的相對運(yùn)動(dòng)變量；將非線性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于線性模型確定出單通道控制器的控制器參數(shù)以及耦合通道控制器的控制參數(shù)，單通道控制器用于控制動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)，耦合通道控制器基于第一能量參數(shù)控制動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)，第一能量參數(shù)與第二能量參數(shù)具有耦合關(guān)系；利用單通道控制器、耦合通道控制器和非線性模型，構(gòu)建動(dòng)力傘控制器。如此方案，可以提高本發(fā)明構(gòu)建動(dòng)力傘控制器的準(zhǔn)確性，且有助于緩解動(dòng)力傘耦合關(guān)系給飛行控制帶來的不便，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘飛行運(yùn)動(dòng)的有效控制。此外，本發(fā)明還公開了一種動(dòng)力傘控制方法及裝置。
【專利說明】
動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法及裝置、動(dòng)力傘控制方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法及裝置、動(dòng)力傘 控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)力傘(powered paraglider)是一種帶動(dòng)力裝置的小型飛行器，具有成本低、載 荷量大、重量輕、軟著陸、低速低空飛行、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對地監(jiān)視、通信中繼、 搜索營救、物質(zhì)投放等領(lǐng)域。
[0003] 通常，動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)具有復(fù)雜性、不確定性、非線性、時(shí)變、大時(shí)滯以及大慣性 等特點(diǎn)，飛行過程時(shí)刻受到大氣環(huán)境的影響。如何實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘飛行運(yùn)動(dòng)的有效控制，是目 前一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法及裝置、動(dòng)力傘控制方法及裝 置，用以實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘飛行運(yùn)動(dòng)的有效控制。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法，所述方法包括:獲取所述動(dòng) 力傘的非線性模型，所述非線性模型包括所述動(dòng)力傘的相對運(yùn)動(dòng)變量;將所述非線性模型 轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于所述線性模型確定出單通道控制器的控制器參數(shù)以及耦合通道控 制器的控制參數(shù)，所述單通道控制器用于控制所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)，所述耦合通道 控制器基于所述第一能量參數(shù)控制所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)，所述第一能量參數(shù)與所述 第二能量參數(shù)具有耦合關(guān)系；利用所述單通道控制器、所述耦合通道控制器和所述非線性 模型，構(gòu)建所述動(dòng)力傘控制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。
[0006] πΤ-τΦ+4?τ ^l>0 .
[0007]
[0008] 其中，Mb表示負(fù)載的質(zhì)量矩陣;Rb表示動(dòng)力傘質(zhì)心到負(fù)載質(zhì)心的距離;Mp表示翼傘 的質(zhì)量;Mf表示附加質(zhì)量;Tb表示大地慣性坐標(biāo)系到負(fù)載坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣;T p表示大 地慣性坐標(biāo)系到翼傘坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣;Rc=P表示動(dòng)力傘質(zhì)心到翼傘質(zhì)心這一向量的單 位向量;Rcb表示動(dòng)力傘質(zhì)心到負(fù)載質(zhì)心這一向量的單位向量;Ib表示負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;I p表 示翼傘的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；If表示附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；wb表示負(fù)載的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度；ω p表示翼傘的3軸 轉(zhuǎn)動(dòng)速度;V。表示動(dòng)力傘質(zhì)心在大地慣性坐標(biāo)系下的速度;F。表示翼傘和負(fù)載之間的懸繩的 受力;FbA表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力;Fbc為負(fù)載的重力在負(fù)載坐標(biāo)系下的表示;F pA表示 翼傘運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力;Fpc為翼傘的重力在翼傘坐標(biāo)系下的表示;Fpt表示油門推進(jìn)力； MbA表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力矩;f( Wb)表示負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的阻尼項(xiàng)量;MpA表示翼傘運(yùn)動(dòng) 時(shí)受到的氣動(dòng)力矩;若V表示一個(gè)向量，Vx表示向量V的反對稱陣。
[0009] 可選地，所述第一能量參數(shù)為所述動(dòng)力傘的高度，所述第二能量參數(shù)為所述動(dòng)力 傘的前向速度;或者，所述第一能量參數(shù)為所述動(dòng)力傘的前向速度，所述第二能量參數(shù)為所 述動(dòng)力傘的高度。
[0010] 可選地，所述耦合關(guān)系體現(xiàn)為如下能量函數(shù)：
[0011] E = al*Vx2+a2*h
[0012I其中，al*Vx2表示動(dòng)力傘的動(dòng)能，a2*h表示動(dòng)力傘的勢能，V x表示動(dòng)力傘的前向速 度，h表示動(dòng)力傘的高度，al和a2表示比例系數(shù)。
[0013] 可選地，所述方法還包括:基于所述線性模型確定出偏航角控制器的控制器參數(shù)， 所述偏航角控制器用于控制所述動(dòng)力傘的轉(zhuǎn)向。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種動(dòng)力傘控制方法，利用上述方法構(gòu)建動(dòng)力傘控制器， 所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)，所述方法包括：當(dāng)所述動(dòng)力傘的第一 能量參數(shù)與第一預(yù)設(shè)值不符時(shí)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的單通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào) 整后第一能量參數(shù)與所述第一預(yù)設(shè)值相符;當(dāng)所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值不 符時(shí)，基于所述調(diào)整后第一能量參數(shù)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的耦合通道控制器的控制參 數(shù)，使調(diào)整后第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符。
[0015] 可選地，所述調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的耦合通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第 二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符，包括:調(diào)整所述耦合通道控制器的控制參數(shù)，獲得調(diào)整 后第二能量參數(shù);判斷所述調(diào)整后第二能量參數(shù)是否與所述第二預(yù)設(shè)值相符，如果不符，則 調(diào)整能量函數(shù)中的比例系數(shù)al和/或a2,再返回執(zhí)行所述調(diào)整所述耦合通道控制器的控制 參數(shù)的步驟，直至所述調(diào)整后的第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符為止。
[0016]可選地，所述第一能量參數(shù)為高度，所述第一預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)高度;所述第二能量參 數(shù)為前向速度，所述第二預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)速度;或者，所述第一能量參數(shù)為前向速度，所述第 一預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)速度;所述第二能量參數(shù)為高度，所述第二預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)高度。
[0017] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建裝置，所述裝置包括:模型獲取模 塊，用于獲取所述動(dòng)力傘的非線性模型，所述非線性模型包括所述動(dòng)力傘的相對運(yùn)動(dòng)變量； 控制參數(shù)確定模塊，用于將所述非線性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于所述線性模型確定出 單通道控制器的控制器參數(shù)以及耦合通道控制器的控制參數(shù)，所述單通道控制器用于控制 所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)，所述耦合通道控制器基于所述第一能量參數(shù)控制所述動(dòng)力傘 的第二能量參數(shù)，所述第一能量參數(shù)與所述第二能量參數(shù)具有耦合關(guān)系;控制器構(gòu)建模塊， 用于利用所述單通道控制器、所述耦合通道控制器和所述非線性模型，構(gòu)建所述動(dòng)力傘控 制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。
[0018] 可選地，所述控制參數(shù)確定模塊，還用于基于所述線性模型確定出偏航角控制器 的控制器參數(shù)，所述偏航角控制器用于控制所述動(dòng)力傘的轉(zhuǎn)向。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種動(dòng)力傘控制裝置，用于利用動(dòng)力傘控制器控制所述動(dòng) 力傘的飛行運(yùn)動(dòng)，所述裝置包括:單通道調(diào)整模塊，用于在所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)與第 一預(yù)設(shè)值不符時(shí)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的單通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第一能量 參數(shù)與所述第一預(yù)設(shè)值相符;耦合通道調(diào)整模塊，用于在所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)與第 二預(yù)設(shè)值不符時(shí)，基于所述調(diào)整后第一能量參數(shù)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的耦合通道控制 器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符。
[0020] 可選地，所述耦合通道調(diào)整模塊包括:參數(shù)調(diào)整模塊，用于調(diào)整所述耦合通道控制 器的控制參數(shù)，獲得調(diào)整后第二能量參數(shù);判斷模塊，用于判斷所述參數(shù)調(diào)整模塊獲得的調(diào) 整后第二能量參數(shù)是否與所述第二預(yù)設(shè)值相符；比例系數(shù)調(diào)整模塊，用于在所述判斷模塊 判定不符時(shí)，調(diào)整能量函數(shù)中的比例系數(shù)al和/或a2,并通知所述參數(shù)調(diào)整模塊繼續(xù)調(diào)整所 述耦合通道控制器的控制參數(shù)，直至所述調(diào)整后的第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符為 止。
[0021] 本發(fā)明技術(shù)方案中，首先，可以獲取能夠精確描述動(dòng)力傘動(dòng)態(tài)特性的非線性模型， 該非線性模型充分考慮了動(dòng)力傘自身存在的相對運(yùn)動(dòng)，如此，使得本發(fā)明的非線性模型更 貼合于動(dòng)力傘的實(shí)際情況。其中，動(dòng)力傘自身存在的相對運(yùn)動(dòng)至少可以體現(xiàn)為:翼傘的相對 運(yùn)動(dòng)變量以及負(fù)載的相對運(yùn)動(dòng)變量。其次，為了簡化動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建過程，可以將復(fù)雜 的非線性模型轉(zhuǎn)換為簡單的線性模型，進(jìn)而基于線性模型構(gòu)建動(dòng)力傘控制器。需要說明的 是，本發(fā)明還充分考慮了動(dòng)力傘自身具有的耦合關(guān)系，即動(dòng)力傘的高度和前向速度之間的 耦合關(guān)系，所構(gòu)建的動(dòng)力傘控制器至少包括:單通道控制器和耦合通道控制器。其中，單通 道控制器可以實(shí)現(xiàn)對第一能量參數(shù)的單獨(dú)控制;耦合通道控制器可以結(jié)合能量函數(shù)、高度 和前向速度之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對第二能量參數(shù)的被動(dòng)控制。基于如此方案獲得的動(dòng)力傘控 制器，便可實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘飛行運(yùn)動(dòng)的有效控制。
[0022]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0023]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0024]圖1是本發(fā)明動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法的流程圖；
[0025]圖2是本發(fā)明中動(dòng)力傘對應(yīng)的坐標(biāo)系的示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明中動(dòng)力傘控制器的示意圖；
[0027]圖4a是本發(fā)明中油門驗(yàn)證時(shí)的動(dòng)力傘輸入示意圖；
[0028]圖4b是本發(fā)明中油門驗(yàn)證時(shí)的動(dòng)力傘輸出示意圖；
[0029]圖5a是本發(fā)明中雙側(cè)拉驗(yàn)證時(shí)的動(dòng)力傘輸入示意圖；
[0030]圖5b是本發(fā)明中雙側(cè)拉驗(yàn)證時(shí)的動(dòng)力傘輸出示意圖；
[0031]圖6a是本發(fā)明中單側(cè)拉驗(yàn)證時(shí)的動(dòng)力傘輸入示意圖；
[0032]圖6b是本發(fā)明中單側(cè)拉驗(yàn)證時(shí)的動(dòng)力傘輸出示意圖；
[0033] 圖7是本發(fā)明中基于線性模型的動(dòng)力傘控制器的控制效果示意圖；
[0034] 圖8a是本發(fā)明中動(dòng)力傘的輸入示意圖；
[0035]圖8b是本發(fā)明中動(dòng)力傘的輸出示意圖；
[0036]圖9是本發(fā)明動(dòng)力傘控制方法的流程圖；
[0037]圖10是本發(fā)明動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖11是本發(fā)明動(dòng)力傘控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0040] 參見圖1，示出了本發(fā)明動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法的流程圖，可以包括：
[0041] SlOl，獲取所述動(dòng)力傘的非線性模型，所述非線性模型包括所述動(dòng)力傘的相對運(yùn) 動(dòng)變量。
[0042] 目前，為了控制無人動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)，大多是基于簡化的不精確的線性模型構(gòu) 建動(dòng)力傘控制器，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘的高度和航向角的控制。需要說明的是，上述簡化的不精確 的線性模型指的是，未考慮動(dòng)力傘自身存在的相對運(yùn)動(dòng)，也未考慮動(dòng)力傘自身具有的耦合 關(guān)系。針對于此，本發(fā)明可以先獲取能夠精確描述動(dòng)力傘動(dòng)態(tài)特性的非線性模型，再將非線 性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，如此，便可提高本發(fā)明線性模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高基于本發(fā)明線 性模型構(gòu)建的動(dòng)力傘控制器的準(zhǔn)確性。
[0043] 在一種可能的實(shí)施方式中，本發(fā)明中動(dòng)力傘的相對運(yùn)動(dòng)可以體現(xiàn)為如下變量:翼 傘的滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航運(yùn)動(dòng)中的至少一個(gè)，以及負(fù)載的滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航運(yùn)動(dòng)中的至少一 個(gè)，本發(fā)明對此可不做具體限定?？梢岳斫獾?，當(dāng)非線性模型中不考慮某個(gè)相對運(yùn)動(dòng)變量 時(shí)，可視為該變量的取值為零。
[0044]首先，為了精確的描述動(dòng)力傘的動(dòng)態(tài)特性，可以在建立動(dòng)力傘非線性模型時(shí)做如 下假設(shè)：
[0045] (1)動(dòng)力傘整體視為剛體，動(dòng)力傘整體包括翼傘、懸繩和負(fù)載；
[0046] (2)翼傘的附加質(zhì)量和附加慣量的質(zhì)心與翼傘的質(zhì)心重合；
[0047] (3)翼傘本體的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度視為翼傘相對于空氣的速度，負(fù)載本體的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)速 度視為負(fù)載相對于空氣的速度。
[0048] 其次，建立動(dòng)力傘對應(yīng)的坐標(biāo)系，可以包括:大地慣性坐標(biāo)系、負(fù)載坐標(biāo)系和翼傘 坐標(biāo)系，具體可參見圖2所示示意圖。
[0049] 大地慣性坐標(biāo)系，可以記為Σ:(X1，Y1，Z1 )，O1Z1軸垂直于大地平面向下，O1X1軸垂直 于OiZi軸并指向動(dòng)力傘的初始運(yùn)動(dòng)方向，OiXiYi平面平行于大地平面。
[0050] 負(fù)載坐標(biāo)系，可以記為Σ b (Xb，Yb，Zb )，以負(fù)載的質(zhì)心Ob為原點(diǎn)，ObXb軸指向負(fù)載前 方，ObYb軸指向負(fù)載的右側(cè)，ObZ b軸與其余兩個(gè)坐標(biāo)軸成右手系。其中，負(fù)載前方可以根據(jù)實(shí) 際應(yīng)用而定，作為一種示例，可以將動(dòng)力傘的運(yùn)動(dòng)方向定義為負(fù)載前方。
[0051] 翼傘坐標(biāo)系，可以記為2[)0[)，￥[)，2[))，以翼傘的質(zhì)心0 [)為原點(diǎn)，03[)軸指向翼傘縱 軸線前方，OpZp軸指向翼傘下方，O pXpZp為沖壓式翼傘的縱向?qū)ΨQ面，OpYp軸與其余兩個(gè)坐標(biāo) 軸成右手系。
[0052]最后，基于牛頓-歐拉方程獲得動(dòng)力傘的非線性模型。
[0053] 作為一種示例，本發(fā)明可以建立動(dòng)力傘的9D0F(英文：degree of freedom，中文： 自由度)非線性模型，包括:負(fù)載的3個(gè)自由度，可體現(xiàn)為公式（1)中的cob;以及翼傘的6個(gè)自
[0055] 由度，可體現(xiàn)為公式（I)中的ω JPVc。具體可參見下文所做介紹，此處暫不詳述。[0054] 目JtIcWi _7kr勞昍由對!士 非能刑π?Ι)Ι 太/Afm .
[0057] 公式（1)中各變量的含義可解釋如下：
[0056]
[0058] Mb表示負(fù)載的質(zhì)量矩陣，
Tib表示負(fù)載的質(zhì)量。
[0059] Rb表示動(dòng)力傘質(zhì)心C到負(fù)載質(zhì)心Ob的距離。
[0060] Mp表示翼傘的質(zhì)量，
Ip表示翼傘的質(zhì)量。
[0061 ] Tb表示大地慣性坐標(biāo)系到負(fù)載坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣。
[0062] Tp表示大地慣性坐標(biāo)系到翼傘坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣。
[0063] Rcb表示動(dòng)力傘質(zhì)心C到負(fù)載質(zhì)心Ob這一向量的單位向量。
[0064] Rcp表示動(dòng)力傘質(zhì)心C到翼傘質(zhì)心Op這一向量的單位向量。
[0067] If表示翼傘的附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，
=0 · 63pJic2b3/48，Ib =
[0065] Ib表示負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 bb、cb、db表示 負(fù)載的尺寸，即負(fù)載的長、寬、高
[0066] Ip表示翼傘的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
0.872*4pc4b/48Ji，Ic=l .〇44p3Tt2b3/48.t = n 1 券示傘布密度。
[0068] Mf表示翼傘的附加質(zhì)量： A = O .91303^13/4 4 = 0.33903^(:/ 4，C = 0.771pJic2b/4。
[0069] Mf、Ip和If中的b、c、d分別表不翼傘的展長、弦長、厚度。
[0070] Qb表示負(fù)載的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)速g Pb表示負(fù)載的滾轉(zhuǎn)角速度，qb表示負(fù)載 的俯仰角速度，η表示負(fù)載的航向角3
[0071] ωρ表示翼傘的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)速g p P表示翼傘的滾轉(zhuǎn)角速度，9[)表示翼傘
的俯仰角速度，rP表示翼傘的航向角速度。
[0072] Vc表示動(dòng)力傘質(zhì)心C在大地慣性坐標(biāo)系下的速度， ，uc表示北向速度，Vc 表示東向速度，w。表示地向速度。
[0073] Fc表示翼傘和負(fù)載之間的懸繩的受力，F(xiàn)c= [Fxc Fyc FZC]T，F(xiàn)XC表示延X1^分力，F(xiàn) yc 表示延Yp軸分力，F(xiàn)z。表示延Zp軸分力。
[0074] FbA表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力，：
，ub表示負(fù)載本體坐標(biāo)系下前向速度，V b表示負(fù)載本體坐標(biāo)系下側(cè)向速度，Wb 表示負(fù)載本體坐標(biāo)系下垂向速度，Sb表示負(fù)載迎風(fēng)面積，CDb表示升力系數(shù)。
[0075] FbG為負(fù)載的重力在負(fù)載坐標(biāo)系下的表示

[0084] 若v表示一個(gè)向量，Vx表示向量v的反對稱陣。
[0085] S102,將所述非線性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于所述線性模型確定出單通道控 制器的控制器參數(shù)以及耦合通道控制器的控制參數(shù)，所述單通道控制器用于控制所述動(dòng)力 傘的第一能量參數(shù)，所述耦合通道控制器基于所述第一能量參數(shù)控制所述動(dòng)力傘的第二能 量參數(shù)，所述第一能量參數(shù)與所述第二能量參數(shù)具有耦合關(guān)系。
[0086] S103,利用所述單通道控制器、所述耦合通道控制器和所述非線性模型，構(gòu)建所述 動(dòng)力傘控制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。
[0087]獲得動(dòng)力傘的非線性模型后，可以按照如下方式構(gòu)建本發(fā)明的動(dòng)力傘控制器。 [0088] (1)線性模型
[0089] 為了簡化動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建過程，可以將上述復(fù)雜的非線性模型轉(zhuǎn)換為簡單的 線性模型，再基于線性模型構(gòu)建動(dòng)力傘控制器。具體地，在進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換時(shí)，可以在非線性 模型上查找平衡點(diǎn)，在平衡點(diǎn)處進(jìn)行線性化處理，得到動(dòng)力傘的線性模型。
[0090] 作為一種示例，可以在動(dòng)力傘經(jīng)常工作的點(diǎn)上選取平衡點(diǎn)，例如，平衡點(diǎn)可以選取 為:翼傘的歐拉角角度[Φ，θ，Φ] = [0°，0°，5°]，動(dòng)力傘質(zhì)心的速度
[0091] 作為一種示例，可以選取平飛模態(tài)進(jìn)行線性化轉(zhuǎn)換。例如，非線性模型X= F〇G U，Γ) 可轉(zhuǎn)換為如下線性模型：Sf = Α(：Γ：)δΧ + Β〇〇δυ，其中
Γ表示模型參數(shù)，X表示動(dòng)力傘狀態(tài)向量，U表示動(dòng)力傘控制輸入向量。
[0092] (2)單通道控制器和耦合通道控制器
[0093]按照上文所做介紹，獲得動(dòng)力傘的線性模型后，便可基于線性模型構(gòu)建動(dòng)力傘控 制器。作為一種示例，本發(fā)明中通過動(dòng)力傘控制器控制動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)，可以理解為控制 動(dòng)力傘的高度以及前向速度。
[0094]但是，動(dòng)力傘的高度與前向速度之間的耦合關(guān)系，又給動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建帶來 很大困難。高度與前向速度之間的耦合關(guān)系也即上文所提動(dòng)力傘自身具有的耦合關(guān)系，主 要體現(xiàn)為:在調(diào)節(jié)動(dòng)力傘的油門輸入時(shí)，動(dòng)力傘的高度和前向速度均會(huì)隨之發(fā)生變化;在調(diào) 節(jié)動(dòng)力傘的雙側(cè)拉輸入時(shí)，動(dòng)力傘的高度和前向速度也會(huì)隨之發(fā)生變化，也就是說，一個(gè)輸 入可以控制兩個(gè)輸出。
[0095]為了解決上述耦合關(guān)系對高度控制、前向速度控制帶來的不便，本發(fā)明的動(dòng)力傘 控制器至少可以包括:單通道控制器和耦合通道控制器。其中，單通道控制器可用于控制第 一能量參數(shù)，耦合通道控制器可用于控制第二能量參數(shù)，且耦合通道控制器是基于第一能 量參數(shù)和第二能量參數(shù)之間的耦合關(guān)系構(gòu)建的。
[0096]作為一種示例，第一能量參數(shù)可以為動(dòng)力傘的高度，第二能量參數(shù)可以為動(dòng)力傘 的前向速度;或者，第一能量參數(shù)可以為動(dòng)力傘的前向速度，對應(yīng)的第二能量參數(shù)則可以為 動(dòng)力傘的高度。本發(fā)明對此可不做具體限定。
[0097]需要說明的是，第一能量參數(shù)和第二能量參數(shù)之間的耦合關(guān)系可以體現(xiàn)為如下能 量函數(shù)：
[0098] E = al*Vx2+a2*h (2)
[0099] 其中，al*Vx2表示動(dòng)力傘的動(dòng)能，a2*h表示動(dòng)力傘的勢能，Vx表示動(dòng)力傘的前向速 度，h表示動(dòng)力傘的高度，al和a2表示比例系數(shù)。
[0100] 需要說明的是，通過調(diào)整比例系數(shù)，可以調(diào)整動(dòng)力傘對動(dòng)能、勢能的控制偏向，例 如，將al適當(dāng)調(diào)大或?qū)2適當(dāng)調(diào)小，則說明更偏向于控制動(dòng)力傘的動(dòng)能，即前向速度;反之 將al適當(dāng)調(diào)小或?qū)2適當(dāng)調(diào)大，則說明更偏向于控制動(dòng)力傘的勢能，即高度。具體地，可以 結(jié)合實(shí)際應(yīng)用設(shè)定al和a2的取值，本發(fā)明對此可不做具體限定。
[0101] (3)控制器參數(shù)
[0102] 可以基于線性模型確定單通道控制器的控制參數(shù)，以及耦合通道控制器的控制參 數(shù)。作為一種示例，單通道控制器和耦合通道控制器可以為PID控制器。具體地，在整定PID 控制器參數(shù)時(shí)，可以根據(jù)控制器的參數(shù)與動(dòng)力傘動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能之間的定性關(guān)系，用 實(shí)驗(yàn)的方法調(diào)節(jié)獲得控制器參數(shù)。
[0103] 作為一種示例，為了減少需要整定的參數(shù)，可以先采用PI控制器。為了保證系統(tǒng)的 安全，在調(diào)試開始時(shí)應(yīng)設(shè)置比較保守的參數(shù)，例如，比例系數(shù)不要太大，積分時(shí)間不要太小， 以避免出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定或超調(diào)量過大的異常情況。給出一個(gè)階躍給定信號，根據(jù)被控量的 輸出波形可以獲得動(dòng)力傘性能的信息，例如超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。如此，便可根據(jù)PID參數(shù)與 動(dòng)力傘性能的關(guān)系，反復(fù)調(diào)節(jié)獲得PID的參數(shù)。舉例來說，如果階躍響應(yīng)的超調(diào)量太大，經(jīng)過 多次振蕩才能穩(wěn)定或者根本不穩(wěn)定，應(yīng)減小比例系數(shù)、增大積分時(shí)間。如果階躍響應(yīng)沒有超 調(diào)量，但是被控量上升過于緩慢，過渡過程時(shí)間太長，應(yīng)按相反的方向調(diào)整參數(shù)。如果消除 誤差的速度較慢，可以適當(dāng)減小積分時(shí)間，增強(qiáng)積分作用。如果反復(fù)調(diào)節(jié)比例系數(shù)和積分時(shí) 間，超調(diào)量仍然較大，則可以加入微分控制，微分時(shí)間可以從〇逐漸增大，反復(fù)調(diào)節(jié)獲得控制 器的比例、積分和微分部分的參數(shù)。
[0104] 綜上可知，本發(fā)明的控制器參數(shù)至少可以包括P項(xiàng)和I項(xiàng)，且根據(jù)實(shí)際需求還可以 進(jìn)一步包括D項(xiàng)，本發(fā)明對此可不做具體限定。
[0105] 需要說明的是，基于線性模型確定出的控制器參數(shù)，可以作為動(dòng)力傘控制器的初 始參數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)使用需求適當(dāng)調(diào)整控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明控制動(dòng)力 傘飛行運(yùn)動(dòng)的目的，對此，可參見下文圖9處所做介紹，此處暫不詳述。
[0106] (4)動(dòng)力傘控制器
[0107] 可以利用上述單通道控制器、耦合通道控制器和非線性模型，構(gòu)建本發(fā)明的動(dòng)力 傘控制器，具體可參見圖3所示示意圖，可包括:包含單通道控制器201的通道、包含耦合通 道控制器202的通道、運(yùn)行非線性模型的動(dòng)力傘模型模塊203。
[0108] 以第一能量參數(shù)為高度、第二能量參數(shù)為前向速度為例，通過單通道控制器可以 實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘高度的單獨(dú)控制;此外，根據(jù)能量函數(shù)、高度和前向速度之間的關(guān)系，還可以 在高度快速調(diào)節(jié)的情況下，通過耦合通道控制器實(shí)現(xiàn)前向速度的被動(dòng)穩(wěn)定。在一定程度上 解決了耦合關(guān)系給高度控制、前向速度控制帶來的不便。
[0109] 也就是說，基于本發(fā)明的動(dòng)力傘控制器，可以在第一能量參數(shù)精確控制的情況下， 延緩對第二能量參數(shù)的控制，從而實(shí)現(xiàn)近似的單通道控制，減緩動(dòng)力傘控制時(shí)的耦合震蕩， 增強(qiáng)動(dòng)力傘的穩(wěn)定性。需要說明的是，還可以調(diào)節(jié)能量函數(shù)中的比例系數(shù)al、a2,實(shí)現(xiàn)對第 二能量參數(shù)的延緩控制。另外，需要說明的是，結(jié)合上文所做介紹，本發(fā)明的耦合通道控制 器的控制過程可視為是一種被動(dòng)反饋控制的過程。
[0110] 在一種可能的實(shí)施方式中，本發(fā)明的動(dòng)力傘控制器還可以包括:包含偏航角控制 器204的通道，可用于控制動(dòng)力傘的轉(zhuǎn)向。作為一種示例，偏航角控制器可以為PID控制器， 可以參照上文介紹的方式，基于線性模型確定出偏航角控制器的控制器參數(shù)，此處不再贅 述。
[0111] 需要說明的是，為了驗(yàn)證本發(fā)明方案的有效性，本發(fā)明還進(jìn)行了如下仿真實(shí)驗(yàn)。
[0112] (1)非線性模型的仿真實(shí)驗(yàn)
[0113] 參見下表所示非線性模型相關(guān)的參數(shù)，可包含:翼傘的尺寸信息、與氣動(dòng)力相關(guān)的 參數(shù)、與氣動(dòng)力矩相關(guān)的參數(shù)。

[0116] 若選取油門控制動(dòng)力傘的整體能力，即控制動(dòng)力傘的前向速度，雙側(cè)拉控制動(dòng)力 傘的高度，在matlab環(huán)境下進(jìn)行的仿真驗(yàn)證如下：
[0117] (a)油門輸入
[0118] 當(dāng)油門輸入增加時(shí)，動(dòng)力傘的前向速度會(huì)增加，垂向速度（取指向大地方向?yàn)檎?向）會(huì)減小，動(dòng)力傘呈現(xiàn)前向加速和向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致翼傘的俯仰角增大，具體 可參見圖4a、4b所示，其中，圖4a表示動(dòng)力傘的輸入示意圖，圖4b表示動(dòng)力傘的輸出示意圖。
[0119] (b)雙側(cè)拉輸入
[0120]當(dāng)進(jìn)行雙側(cè)輸入時(shí)，動(dòng)力傘質(zhì)心的前向速度會(huì)減小，垂向速度會(huì)減小，動(dòng)力傘呈現(xiàn) 前向減速和向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致俯仰角增大，具體可參見圖5a、5b所示，其中，圖5a 表示動(dòng)力傘的輸入示意圖，圖5b表示動(dòng)力傘的輸出示意圖。
[0121] (c)單側(cè)拉輸入
[0122] 當(dāng)進(jìn)行單側(cè)右拉輸入時(shí)，翼傘出現(xiàn)右轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)力傘質(zhì)心的北向速度減小，東向速 度增大，具體可參見圖6a、6b所示，其中，圖6a表示動(dòng)力傘的輸入示意圖，圖6b表示動(dòng)力傘的 輸出示意圖。
[0123] (2)基于線性模型的動(dòng)力傘控制器的仿真實(shí)驗(yàn)
[0124] 將本發(fā)明構(gòu)建的動(dòng)力傘控制器應(yīng)用到線性模型上（即圖3所示動(dòng)力傘模型模塊中 運(yùn)行線性模型），控制動(dòng)力傘的前向速度和高度。由仿真結(jié)果可知，能夠?qū)崿F(xiàn)高度的控制和 基于能量函數(shù)的前向速度的控制，且通道間的耦合影響被減弱，未出現(xiàn)通道間震蕩現(xiàn)象，如 此，就驗(yàn)證了本發(fā)明基于線性模型確定的控制器參數(shù)的有效性以及本發(fā)明控制方法的有效 性，具體控制效果可參見圖7所示示意圖。其中，虛線表示期望值，實(shí)線表示實(shí)際值。
[0125] (3)基于非線性模型的動(dòng)力傘控制器的仿真實(shí)驗(yàn)
[0126] 將本發(fā)明構(gòu)建的動(dòng)力傘控制器應(yīng)用到非線性模型上（即圖3所示動(dòng)力傘模型模塊 中運(yùn)行非線性模型），控制動(dòng)力傘的前向速度和高度。由仿真結(jié)果可知，能夠?qū)崿F(xiàn)高度的控 制和基于能量函數(shù)的前向速度的控制，也就是說，基于線型模型確定的控制器參數(shù)、構(gòu)建的 動(dòng)力傘控制器，同樣適用于非線性模型，如此，就驗(yàn)證了本發(fā)明控制方法的有效性以及魯棒 性。具體可參見圖8a、8b所示，其中，圖8a表示動(dòng)力傘的輸入示意圖，圖8b表示動(dòng)力傘的輸出 示意圖，虛線表示期望值，實(shí)線表示實(shí)際值。
[0127] 參見圖9,示出了本發(fā)明動(dòng)力傘控制方法的流程圖，可以利用圖1所示方法構(gòu)建的 動(dòng)力傘控制器，控制動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。該方法可以包括：
[0128] S301，當(dāng)所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)與第一預(yù)設(shè)值不符時(shí)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制 器的單通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第一能量參數(shù)與所述第一預(yù)設(shè)值相符。
[0129] 由上文所做介紹可知，單通道控制器可以實(shí)現(xiàn)對第一能量參數(shù)的單獨(dú)控制。具體 地，可以先判斷單通道控制器的原始控制參數(shù)，能否使第一能量參數(shù)與第一預(yù)設(shè)值相符，如 果相符，則可維持原始控制參數(shù)不變;如果不相符，則說明需要調(diào)整單通道控制器的原始控 制參數(shù)，使調(diào)整后控制參數(shù)對應(yīng)的調(diào)整后第一能量參數(shù)，與第一預(yù)設(shè)值相符為止。
[0130] 作為一種示例，單通道控制器的原始控制參數(shù)可以是基于線性模型確定出的控制 參數(shù)。
[0131] 以第一能量參數(shù)為高度為例，可以預(yù)先給定一個(gè)高度的爬升曲線，即高度隨時(shí)間 變化的曲線，通過監(jiān)測動(dòng)力傘的實(shí)際爬升曲線的方式，判斷第一能量參數(shù)是否與第一預(yù)設(shè) 值相符，如果實(shí)際爬升曲線與給定爬升曲線擬合度較好，則無需進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)整;反之， 則需要調(diào)整單通道控制器的控制參數(shù)，直至實(shí)際爬升曲線與給定爬升曲線擬合度達(dá)到最 好，可維持此時(shí)的控制參數(shù)不變。
[0132] 同樣地，若第一能量參數(shù)為前向速度，則可以預(yù)先給定一個(gè)速度的爬升曲線，即前 向速度隨時(shí)間變化的曲線，并參照上文所述方式調(diào)整單通道控制器的控制參數(shù)，本發(fā)明對 此不再詳述。
[0133] 以第一能量參數(shù)為高度為例，則第一預(yù)設(shè)值指的是預(yù)設(shè)高度，通過上述步驟即可 實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘高度的單獨(dú)控制。當(dāng)設(shè)定高度期望值時(shí)，可以通過調(diào)整單通道控制器的控制 參數(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘飛行高度的控制。
[0134] 以第一能量參數(shù)為前向速度為例，則第一預(yù)設(shè)值指的是預(yù)設(shè)速度，通過上述步驟 即可實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘前向速度的單獨(dú)控制。當(dāng)設(shè)定前向速度期望值時(shí)，可以通過調(diào)整單通道 控制器的控制參數(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力傘飛行速度(此處指前向速度)的控制。
[0135] S302,當(dāng)所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值不符時(shí)，基于所述調(diào)整后第一 能量參數(shù)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的耦合通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第二能量參數(shù) 與所述第二預(yù)設(shè)值相符。
[0136] 由上文所做介紹可知，耦合通道控制器可以基于第一能量參數(shù)和能量函數(shù)，實(shí)現(xiàn) 對第二能量參數(shù)的被動(dòng)控制。同樣地，在單通道控制器完成調(diào)整后，可以判斷耦合通道控制 器的原始控制參數(shù)，能否使第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值相符，如果相符，則維持原始控制參 數(shù)不變;如果不相符，則說明需要調(diào)整耦合通道控制器的原始控制參數(shù)，使調(diào)整后控制參數(shù) 對應(yīng)的調(diào)整后第二能量參數(shù)，與第二預(yù)設(shè)值相符為止。
[0137] 作為一種示例，耦合通道控制器的原始控制參數(shù)可以是基于線性模型確定出的控 制參數(shù)。
[0138] 需要說明的是，若第一能量參數(shù)為高度，第一預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)高度，則第二能量參數(shù) 為前向速度，第二預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)速度。反之，若第一能量參數(shù)為前向速度，第一預(yù)設(shè)值為預(yù) 設(shè)速度，則第二能量參數(shù)為高度，第二預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)高度。另外，關(guān)于判斷第二能量參數(shù)是 否與第二預(yù)設(shè)值相符的方式，可以參照上文判斷第一能量參數(shù)是否與第一預(yù)設(shè)值相符時(shí)所 作介紹，此處不再贅述。
[0139] 在一種可能的實(shí)施方式中，如果調(diào)整耦合通道控制器的控制參數(shù)，無法使第二能 量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值相符，還可以適當(dāng)調(diào)整能量函數(shù)中的比例系數(shù)al和/或a2,即適當(dāng)改變 對第二能量參數(shù)的延緩控制程度，再返回繼續(xù)調(diào)整耦合通道控制器的控制參數(shù)，直至調(diào)整 后的第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值相符為止。
[0140] 綜上可知，若單通道控制器和耦合通道控制器為PI控制器，那么，對于第一能量參 數(shù)來說，至少對應(yīng)有如下兩個(gè)調(diào)節(jié)量:P項(xiàng)和I項(xiàng);對于第二能量參數(shù)來說，至少對應(yīng)有如下 四個(gè)調(diào)節(jié)量:P項(xiàng)、I項(xiàng)、al和a2,本發(fā)明對使用的調(diào)節(jié)量可不做具體限定。
[0141] 與圖1所示方法相對應(yīng)，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建裝置400， 參見圖10所示示意圖，所述裝置可包括：
[0142] 模型獲取模塊401，用于獲取所述動(dòng)力傘的非線性模型，所述非線性模型包括所述 動(dòng)力傘的相對運(yùn)動(dòng)變量；
[0143] 控制參數(shù)確定模塊402,用于將所述非線性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于所述線性 模型確定出單通道控制器的控制器參數(shù)以及耦合通道控制器的控制參數(shù)，所述單通道控制 器用于控制所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)，所述耦合通道控制器基于所述第一能量參數(shù)控制 所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)，所述第一能量參數(shù)與所述第二能量參數(shù)具有耦合關(guān)系；
[0144] 控制器構(gòu)建模塊403,用于利用所述單通道控制器、所述耦合通道控制器和所述非 線性模型，構(gòu)建所述動(dòng)力傘控制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。
[0145] 可選地，所述控制參數(shù)確定模塊，還用于基于所述線性模型確定出偏航角控制器 的控制器參數(shù)，所述偏航角控制器用于控制所述動(dòng)力傘的轉(zhuǎn)向。
[0146] 與圖9所示方法相對應(yīng)，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種動(dòng)力傘控制裝置500,用于利用 動(dòng)力傘控制器控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。參見圖11所示示意圖，所述裝置可包括：
[0147] 單通道調(diào)整模塊501，用于在所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)與第一預(yù)設(shè)值不符時(shí)，調(diào) 整所述動(dòng)力傘控制器的單通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第一能量參數(shù)與所述第一預(yù)設(shè) 值相符；
[0148] 耦合通道調(diào)整模塊502,用于在所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值不符時(shí)， 基于所述調(diào)整后第一能量參數(shù)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的耦合通道控制器的控制參數(shù)，使 調(diào)整后第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符。
[0149] 可選地，所述耦合通道調(diào)整模塊包括：
[0150] 參數(shù)調(diào)整模塊，用于調(diào)整所述耦合通道控制器的控制參數(shù)，獲得調(diào)整后第二能量 參數(shù)；
[0151] 判斷模塊，用于判斷所述參數(shù)調(diào)整模塊獲得的調(diào)整后第二能量參數(shù)是否與所述第 二預(yù)設(shè)值相符；
[0152] 比例系數(shù)調(diào)整模塊，用于在所述判斷模塊判定不符時(shí)，調(diào)整能量函數(shù)中的比例系 數(shù)al和/或a2,并通知所述參數(shù)調(diào)整模塊繼續(xù)調(diào)整所述耦合通道控制器的控制參數(shù)，直至所 述調(diào)整后的第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符為止。
[0153] 關(guān)于上述實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法 的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說明。
[0154]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí) 施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡 單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0155] 另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛 盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可 能的組合方式不再另行說明。
[0156] 此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本 發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建方法，其特征在于，所述方法包括： 獲取所述動(dòng)力傘的非線性模型，所述非線性模型包括所述動(dòng)力傘的相對運(yùn)動(dòng)變量； 將所述非線性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于所述線性模型確定出單通道控制器的控制 器參數(shù)W及禪合通道控制器的控制參數(shù)，所述單通道控制器用于控制所述動(dòng)力傘的第一能 量參數(shù)，所述禪合通道控制器基于所述第一能量參數(shù)控制所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)，所 述第一能量參數(shù)與所述第二能量參數(shù)具有禪合關(guān)系； 利用所述單通道控制器、所述禪合通道控制器和所述非線性模型，構(gòu)建所述動(dòng)力傘控 制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述動(dòng)力傘包括翼傘、懸繩和負(fù)載，所述動(dòng) 力傘的非線性模型為：其中，Mb表示負(fù)載的質(zhì)量矩陣;Rb表示動(dòng)力傘質(zhì)屯、到負(fù)載質(zhì)屯、的距離;Mp表示翼傘的質(zhì) 量;Mf表示附加質(zhì)量;Tb表示大地慣性坐標(biāo)系到負(fù)載坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣;Τρ表示大地慣 性坐標(biāo)系到翼傘坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣;Rep表示動(dòng)力傘質(zhì)屯、到翼傘質(zhì)屯、運(yùn)一向量的單位向 量;IU表示動(dòng)力傘質(zhì)屯、到負(fù)載質(zhì)屯、運(yùn)一向量的單位向量;I讀示負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;Ip表示翼 傘的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；If表示附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Wb表示負(fù)載的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度；ωρ表示翼傘的3軸轉(zhuǎn)動(dòng) 速度;V。表示動(dòng)力傘質(zhì)屯、在大地慣性坐標(biāo)系下的速度;F。表示翼傘和負(fù)載之間的懸繩的受 力;FbA表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力;Fbc為負(fù)載的重力在負(fù)載坐標(biāo)系下的表示;FpA表示翼 傘運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力;FpG為翼傘的重力在翼傘坐標(biāo)系下的表示;Fp康示油口推進(jìn)力;MbA 表示負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的氣動(dòng)力矩;f( Wb)表示負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的阻尼項(xiàng)量;MpA表示翼傘運(yùn)動(dòng)時(shí) 受到的氣動(dòng)力矩;若V表示一個(gè)向量，yX表示向量V的反對稱陣。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述第一能量參數(shù)為所述動(dòng)力傘的高度，所述第二能量參數(shù)為所述動(dòng)力傘的前向速 度;或者， 所述第一能量參數(shù)為所述動(dòng)力傘的前向速度，所述第二能量參數(shù)為所述動(dòng)力傘的高 度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述禪合關(guān)系體現(xiàn)為如下能量函數(shù)： E = al*Vx2+曰巧 h 其中，al*Vx2表示動(dòng)力傘的動(dòng)能，a巧h表示動(dòng)力傘的勢能，Vx表示動(dòng)力傘的前向速度，h 表示動(dòng)力傘的高度，al和曰2表示比例系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 基于所述線性模型確定出偏航角控制器的控制器參數(shù)，所述偏航角控制器用于控制所 述動(dòng)力傘的轉(zhuǎn)向。6. -種動(dòng)力傘控制方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述方法構(gòu)建動(dòng)力傘 控制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)，所述方法包括： 當(dāng)所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)與第一預(yù)設(shè)值不符時(shí)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的單通道 控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第一能量參數(shù)與所述第一預(yù)設(shè)值相符； 當(dāng)所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值不符時(shí)，基于所述調(diào)整后第一能量參數(shù)， 調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的禪合通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第二能量參數(shù)與所述第二 預(yù)設(shè)值相符。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的禪合通道控 制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符，包括： 調(diào)整所述禪合通道控制器的控制參數(shù)，獲得調(diào)整后第二能量參數(shù)； 判斷所述調(diào)整后第二能量參數(shù)是否與所述第二預(yù)設(shè)值相符，如果不符，則調(diào)整能量函 數(shù)中的比例系數(shù)al和/或a2,再返回執(zhí)行所述調(diào)整所述禪合通道控制器的控制參數(shù)的步驟， 直至所述調(diào)整后的第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符為止。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于， 所述第一能量參數(shù)為高度，所述第一預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)高度;所述第二能量參數(shù)為前向速 度，所述第二預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)速度； 或者， 所述第一能量參數(shù)為前向速度，所述第一預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)速度;所述第二能量參數(shù)為高 度，所述第二預(yù)設(shè)值為預(yù)設(shè)高度。9. 一種動(dòng)力傘控制器的構(gòu)建裝置，其特征在于，所述裝置包括： 模型獲取模塊，用于獲取所述動(dòng)力傘的非線性模型，所述非線性模型包括所述動(dòng)力傘 的相對運(yùn)動(dòng)變量； 控制參數(shù)確定模塊，用于將所述非線性模型轉(zhuǎn)換為線性模型，并基于所述線性模型確 定出單通道控制器的控制器參數(shù)W及禪合通道控制器的控制參數(shù)，所述單通道控制器用于 控制所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)，所述禪合通道控制器基于所述第一能量參數(shù)控制所述動(dòng) 力傘的第二能量參數(shù)，所述第一能量參數(shù)與所述第二能量參數(shù)具有禪合關(guān)系； 控制器構(gòu)建模塊，用于利用所述單通道控制器、所述禪合通道控制器和所述非線性模 型，構(gòu)建所述動(dòng)力傘控制器，所述動(dòng)力傘控制器用于控制所述動(dòng)力傘的飛行運(yùn)動(dòng)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于， 所述控制參數(shù)確定模塊，還用于基于所述線性模型確定出偏航角控制器的控制器參 數(shù)，所述偏航角控制器用于控制所述動(dòng)力傘的轉(zhuǎn)向。11. 一種動(dòng)力傘控制裝置，其特征在于，用于利用動(dòng)力傘控制器控制所述動(dòng)力傘的飛行 運(yùn)動(dòng)，所述裝置包括： 單通道調(diào)整模塊，用于在所述動(dòng)力傘的第一能量參數(shù)與第一預(yù)設(shè)值不符時(shí)，調(diào)整所述 動(dòng)力傘控制器的單通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后第一能量參數(shù)與所述第一預(yù)設(shè)值相 符； 禪合通道調(diào)整模塊，用于在所述動(dòng)力傘的第二能量參數(shù)與第二預(yù)設(shè)值不符時(shí)，基于所 述調(diào)整后第一能量參數(shù)，調(diào)整所述動(dòng)力傘控制器的禪合通道控制器的控制參數(shù)，使調(diào)整后 第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述禪合通道調(diào)整模塊包括： 參數(shù)調(diào)整模塊，用于調(diào)整所述禪合通道控制器的控制參數(shù)，獲得調(diào)整后第二能量參數(shù)； 判斷模塊，用于判斷所述參數(shù)調(diào)整模塊獲得的調(diào)整后第二能量參數(shù)是否與所述第二預(yù) 設(shè)值相符； 比例系數(shù)調(diào)整模塊，用于在所述判斷模塊判定不符時(shí)，調(diào)整能量函數(shù)中的比例系數(shù)al 和/或a2,并通知所述參數(shù)調(diào)整模塊繼續(xù)調(diào)整所述禪合通道控制器的控制參數(shù)，直至所述調(diào) 整后的第二能量參數(shù)與所述第二預(yù)設(shè)值相符為止。
【文檔編號】G05D17/02GK105843269SQ201610161413
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】王國輝, 白勍, 沙俊汀
【申請人】沈陽上博智拓科技有限公司