翼傘控制律試驗調(diào)試平臺及調(diào)試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種翼傘控制律試驗調(diào)試平臺及調(diào)試方法，其中調(diào)試平臺包括地面設(shè)備和空中設(shè)備，地面設(shè)備包括地面調(diào)試站和地面調(diào)試電臺；空中設(shè)備包括控制中心，以及均與該控制中心通信連接的空中調(diào)試電臺和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，空中調(diào)試電臺與地面調(diào)試平臺進行雙向無線通訊；該空中設(shè)備還包括左右伺服機構(gòu)，左右伺服機構(gòu)與驅(qū)動結(jié)構(gòu)連接，在驅(qū)動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下控制翼傘左右操縱繩的收放。本發(fā)明可以實現(xiàn)實時調(diào)試，通過翼傘軌跡實時觀察調(diào)試效果，具有實時、高效、直觀、工作可靠的特點，還可以實現(xiàn)人工干預(yù)，實用性強，可減少空投試驗的數(shù)量，降低空投的風(fēng)險，提高效率。
【專利說明】翼傘控制律試驗調(diào)試平臺及調(diào)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及翼傘的調(diào)試平臺，尤其涉及一種應(yīng)用于精確空投系統(tǒng)中翼傘控制律參數(shù)的調(diào)試，通過有限的空投試驗獲得翼傘的操縱特性參數(shù)，完成對翼傘的飛行控制關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整確定的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺及調(diào)試方法。

【背景技術(shù)】
[0002]精確空投系統(tǒng)中翼傘作為氣動減速飛行裝置，充分利用其滑翔性能、可操縱性能、雀降性能實現(xiàn)遠距可操縱飛行，最終完成定點精確著陸。
[0003]由于翼傘自身結(jié)構(gòu)是柔性飛行系統(tǒng)，飛行控制受自身運動特性、外界氣象條件等多種因素的影響，且翼傘的傘形不同、面積不同，其運動特性均有較大的差別。由于翼傘是柔性飛行系統(tǒng)，其特性受外界環(huán)境影響，特別是風(fēng)場的影響較大，無論是動力學(xué)仿真計算、還是地面模擬試驗都無法獲得準(zhǔn)確的運動特性參數(shù)，因此，翼傘飛行控制律參數(shù)依賴空投試驗調(diào)參確定。
[0004]空投試驗特別是重型裝備的試驗受試驗用機、氣象、空投場地理環(huán)境多種條件制約、加之空投試驗組織協(xié)調(diào)復(fù)雜、試驗費用高、試驗風(fēng)險大等原因，只能進行少量的試驗驗證。但是，翼傘控制律參數(shù)涉及到翼傘的滑翔速度、下降速度、不同操縱量下的轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎角速率等多項參數(shù)，通常需要大量的空投試驗獲取參數(shù)。因此，目前通過有限的空投試驗完成翼傘控制律的調(diào)參難于完成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中受多種條件制約，無法通過有限的空投試驗完成翼傘控制律的調(diào)參的缺陷，提供一種通過有限的空投試驗獲得翼傘的操縱特性參數(shù)，完成對翼傘的飛行控制關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整確定的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺及調(diào)試方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
提供一種翼傘控制律試驗調(diào)試平臺，包括地面設(shè)備和空中設(shè)備，其中:
地面設(shè)備包括地面調(diào)試站和地面調(diào)試電臺；
空中設(shè)備包括控制中心，以及均與該控制中心通信連接的空中調(diào)試電臺和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，空中調(diào)試電臺與地面調(diào)試平臺進行雙向無線通訊；該空中設(shè)備還包括左右伺服機構(gòu)，左右伺服機構(gòu)與驅(qū)動結(jié)構(gòu)連接，在驅(qū)動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下控制翼傘左右操縱繩的收放；
地面調(diào)試站通過地面調(diào)試電臺將調(diào)試配置參數(shù)上傳給空中調(diào)試電臺；控制中心按照預(yù)置的控制律及通過空中調(diào)試電臺獲取的調(diào)試配置參數(shù)控制翼傘的飛行，驅(qū)動結(jié)構(gòu)及左右伺服機構(gòu)根據(jù)控制中心的指令，完成翼傘操縱繩的卷入或釋放，從而控制翼傘的飛行方向；在翼傘飛行過程中，控制中心接收衛(wèi)星信號，獲取翼傘在空中的位置信息，并通過空中調(diào)試電臺將數(shù)據(jù)發(fā)送給地面調(diào)試站，通過地面調(diào)試站顯示翼傘在空中的飛行軌跡。
[0007]本發(fā)明所述的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺中，所述空中設(shè)備集成在控制箱內(nèi)。
[0008]本發(fā)明所述的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺中，所述調(diào)試配置參數(shù)包括PID控制的比例、積分、微分系數(shù)，盤旋的內(nèi)徑和外徑，盤旋的高度，剎車的高度，各偏航角下的操縱量值，操縱量的極值以及盤旋操縱量。
[0009]本發(fā)明所述的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺中，控制中心包括微處理器和衛(wèi)星接收機；驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動放大電路和大功率直流繼電器；左右伺服機構(gòu)包括直流電動機構(gòu)及減速裝置。
[0010]本發(fā)明還提供了一種翼傘控制律試驗調(diào)試方法，包括以下步驟:
步驟I初步測試翼傘的主要運動特性參數(shù):
第一步:系統(tǒng)空投后，翼傘展開進入全滑翔狀態(tài)下，此時通過控制中心測試翼傘滑翔飛行的水平速度及下降速度；
第二步:地面調(diào)試站上傳控制指令，對翼傘左右操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量，測試各操縱量下翼傘旋轉(zhuǎn)一圈的時間和旋轉(zhuǎn)的半徑，以及旋轉(zhuǎn)一圈下降的高度和旋轉(zhuǎn)角速率;
第三步:地面調(diào)試站上傳控制指令，對翼傘雙側(cè)操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量，測試不同操縱量下翼傘的下降速度和下降高度；
步驟2預(yù)置控制律:
根據(jù)獲取的翼傘運動特性參數(shù)，運用PID控制器的設(shè)計方法，預(yù)置翼傘飛行控制律參數(shù)的初值，將不同偏航角下操縱量的分級量、盤旋半徑以及盤旋高度的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定為可配置參數(shù)；
步驟3空投試驗調(diào)參過程:
第一步:控制中心按照已預(yù)置控制律控制翼傘的飛行方向，并實時將翼傘的運動軌跡下傳至地面調(diào)試站，調(diào)試站顯示翼傘當(dāng)前的運動軌跡；
第二步:通過地面調(diào)試站觀察翼傘運動軌跡，與理想軌跡進行對比，找出影響翼傘運動偏離的關(guān)鍵參數(shù)；
第三步:修改參數(shù)，對翼傘控制律參數(shù)重新裝訂，通過調(diào)試電臺上傳至控制中心； 第四步:控制中心依據(jù)重新配置的控制律參數(shù)，控制翼傘飛行方向，并下傳當(dāng)前運動軌跡；
重復(fù)執(zhí)行步驟3，確定翼傘控制律關(guān)鍵參數(shù)。
[0011]本發(fā)明所述的方法中，步驟I中“對翼傘左右操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量”具體為:對翼傘左右操縱繩分別下拉25%、50%、75%、100%的操縱量；
“對翼傘雙側(cè)操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量”具體為:對翼傘雙側(cè)操縱繩分別下拉25%、50%、75%、100% 的操縱量。
[0012]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明采用調(diào)試平臺完成翼傘控制律的調(diào)參，可應(yīng)用于不同翼型、不同面積的翼傘的控制律參數(shù)的調(diào)試確定。該調(diào)試平臺可以實現(xiàn)實時調(diào)試，通過翼傘軌跡實時觀察調(diào)試效果，具有實時、高效、直觀、工作可靠的特點，還可以實現(xiàn)人工干預(yù)，實用性強，可減少空投試驗的數(shù)量，降低空投的風(fēng)險，提高效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中: 圖1a為空中翼傘的示意圖；
圖1b是翼傘控制律試驗調(diào)試平臺工作示意圖；
圖2是翼傘控制律試驗調(diào)試平臺組成圖；
圖3是地面調(diào)試站翼傘運動軌跡監(jiān)控圖例。

【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明采用翼傘控制律試驗調(diào)試平臺完成翼傘飛行控制律關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)試。如圖1a和圖1b所示，該調(diào)試平臺包含地面設(shè)備和空中設(shè)備。地面設(shè)備包括地面調(diào)試站和地面調(diào)試電臺?？罩性O(shè)備包括控制中心，以及均與該控制中心通信連接的空中調(diào)試電臺和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，空中調(diào)試電臺與地面調(diào)試平臺進行雙向無線通訊；該空中設(shè)備還包括左右伺服機構(gòu)，左右伺服機構(gòu)與驅(qū)動結(jié)構(gòu)連接，在驅(qū)動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下控制翼傘左右操縱繩的收放。
[0016]地面調(diào)試站可以實時顯示翼傘在空中的飛行狀態(tài)參數(shù)及飛行軌跡，此外，地面調(diào)試站將翼傘控制律參數(shù)配置裝訂，通過地面調(diào)試電臺上傳至空中的控制中心。兩個調(diào)試電臺完成調(diào)試參數(shù)、翼傘信息的上下行傳輸；控制中心完成翼傘系統(tǒng)在空中的實時定位，計算導(dǎo)航參數(shù)，根據(jù)調(diào)整后的控制律參數(shù)控制翼傘的飛行狀態(tài)；驅(qū)動伺服機構(gòu)根據(jù)控制指令完成翼傘操縱繩的卷入或釋放，改變翼傘飛行方向。
[0017]地面調(diào)試電臺和空中調(diào)試電臺采用雙工數(shù)傳電臺，滿足數(shù)據(jù)雙向無線傳輸?shù)囊?，?shù)據(jù)傳輸距離不小于20km。地面調(diào)試站可采用便攜式筆記本計算機，運行windows操作系統(tǒng)下的地面調(diào)試軟件，用于空中翼傘系統(tǒng)的監(jiān)控及調(diào)試。控制中心可采用高運算的微處理器為核心，內(nèi)含衛(wèi)星接收機，完成翼傘的控制、翼傘系統(tǒng)的定位、翼傘運動狀態(tài)等數(shù)據(jù)的下傳。本發(fā)明實施例中，可將驅(qū)動結(jié)構(gòu)做成盒狀，驅(qū)動結(jié)構(gòu)盒內(nèi)含驅(qū)動放大電路及大功率直流繼電器，接收控制中心發(fā)出的電機端口控制命令，驅(qū)動相應(yīng)繼電器的吸合或釋放；伺服機構(gòu)包含電動機構(gòu)及絞盤減速裝置，驅(qū)動結(jié)構(gòu)盒中繼電器控制伺服機構(gòu)電動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動；翼傘操縱繩分為左側(cè)、右側(cè)兩根操縱繩，左右兩組伺服機構(gòu)分別控制左右兩根操縱繩的收放。
[0018]如圖2所示，調(diào)試電臺完成數(shù)據(jù)的上下行無線傳輸；地面調(diào)試站完成調(diào)試參數(shù)的配置及上傳，并顯示翼傘在空中的飛行運動軌跡；控制中心按照預(yù)置的控制律及配置的參數(shù)，完成翼傘的飛行控制，并接收衛(wèi)星信號，獲取翼傘在空中的位置信息；驅(qū)動結(jié)構(gòu)及左右伺服機構(gòu)按照控制中心的指令，完成翼傘操縱繩的卷入或釋放，從而控制翼傘的飛行方向。
[0019]其中，配置的參數(shù)包含:PID控制的比例、積分、微分系數(shù)；盤旋的內(nèi)徑、外徑；盤旋的高度；剎車的高度；各偏航角下的操縱量值；操縱量的極值；盤旋操縱量等。
[0020]翼傘控制律試驗調(diào)試平臺工作流程如下:
(I)初步測試翼傘的主要運動特性參數(shù)，即空投試驗調(diào)參前，先進行翼傘運動特性參數(shù)的測試，確定翼傘控制律參數(shù)的初值:
第一步:系統(tǒng)空投后，翼傘展開進入全滑翔狀態(tài)下，此時通過控制中心測試翼傘滑翔飛行的水平速度及下降速度。
[0021]第二步:地面調(diào)試站上傳控制指令，分別對翼傘左右操縱繩下拉如25%、50%、75%、100%的操縱量，測試各操縱量下翼傘旋轉(zhuǎn)一圈的時間、旋轉(zhuǎn)的半徑，旋轉(zhuǎn)一圈下降的高度、旋轉(zhuǎn)角速率。
[0022]第三步:地面調(diào)試站上傳控制指令，分別對翼傘雙側(cè)操縱繩下拉如25%、50%、75%、100%的操縱量，測試不同操縱量下翼傘的下降速度、下降高度。
[0023]測試完成后確定控制律參數(shù)的初值。
[0024](2)預(yù)置控制律:
根據(jù)獲取的翼傘運動特性參數(shù)，運用PID控制器的設(shè)計方法，預(yù)置翼傘飛行控制律參數(shù)的初值，將不同偏航角下操縱量的分級量、盤旋半徑、盤旋高度等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定為可配置參數(shù)。可配置的參數(shù)主要包含:翼傘最大操縱量LM、剎車或雀降操縱量LQ、剎車或雀降的高度HQ、PID控制器的系數(shù)KP/KI/KD、翼傘盤旋的半徑范圍RMA/RMI，高度范圍HR、尋的飛行的分隔S、每隔操縱量的大小L δ。
[0025](3)空投試驗調(diào)參過程:
第一步:空投后，控制中心接收衛(wèi)星信號，對翼傘系統(tǒng)實施空中定位，根據(jù)定位的結(jié)果，按照預(yù)先配置的控制律參數(shù)進行翼傘飛行方向的控制，并將翼傘在空中的運動軌跡下傳至地面調(diào)試站。
[0026]第二步:調(diào)試站顯示翼傘當(dāng)前的運動軌跡通過地面調(diào)試站觀察翼傘運動軌跡，如圖3所示，與理想軌跡進行對比，找出影響翼傘運動偏離的關(guān)鍵參數(shù)。
[0027]第三步:適時修改參數(shù)，對翼傘控制律參數(shù)重新修正，通過調(diào)試電臺上傳至控制中心。
[0028]第四步:控制中心依據(jù)重新配置的控制律參數(shù)，控制翼傘飛行方向，并下傳當(dāng)前運動軌跡。
[0029](4)重復(fù)上述步驟(3)，執(zhí)行多次，可確定翼傘控制律關(guān)鍵參數(shù)。
[0030]控制中心接收到更新的控制律參數(shù)后，按照當(dāng)前更新后的控制律對翼傘進行飛行控制。地面調(diào)試站獲得翼傘飛行軌跡，逐漸修正參數(shù)、逐漸逼近理想軌跡，最終獲得理想的控制律參數(shù)。
[0031]本發(fā)明采用調(diào)試平臺完成翼傘控制律的調(diào)參，可應(yīng)用于不同翼型、不同面積的翼傘的控制律參數(shù)的調(diào)試確定。該調(diào)試平臺可以實現(xiàn)實時調(diào)試，通過翼傘軌跡實時觀察調(diào)試效果，具有實時、高效、直觀、工作可靠的特點，還可以實現(xiàn)人工干預(yù)，實用性強，可減少空投試驗的數(shù)量，降低空投的風(fēng)險，提高效率。
[0032]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種翼傘控制律試驗調(diào)試平臺，其特征在于，包括地面設(shè)備和空中設(shè)備，其中: 地面設(shè)備包括地面調(diào)試站和地面調(diào)試電臺； 空中設(shè)備包括控制中心，以及均與該控制中心通信連接的空中調(diào)試電臺和驅(qū)動結(jié)構(gòu)，空中調(diào)試電臺與地面調(diào)試平臺進行雙向無線通訊；該空中設(shè)備還包括左右伺服機構(gòu)，左右伺服機構(gòu)與驅(qū)動結(jié)構(gòu)連接，在驅(qū)動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下控制翼傘左右操縱繩的收放； 地面調(diào)試站通過地面調(diào)試電臺將調(diào)試配置參數(shù)上傳給空中調(diào)試電臺；控制中心按照預(yù)置的控制律及通過空中調(diào)試電臺獲取的調(diào)試配置參數(shù)控制翼傘的飛行，驅(qū)動結(jié)構(gòu)及左右伺服機構(gòu)根據(jù)控制中心的指令，完成翼傘操縱繩的卷入或釋放，從而控制翼傘的飛行方向；在翼傘飛行過程中，控制中心接收衛(wèi)星信號，獲取翼傘在空中的位置信息，并通過空中調(diào)試電臺將數(shù)據(jù)發(fā)送給地面調(diào)試站，通過地面調(diào)試站顯示翼傘在空中的飛行軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺，其特征在于，所述空中設(shè)備集成在控制箱內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺，其特征在于，所述調(diào)試配置參數(shù)包括PID控制的比例、積分、微分系數(shù)，盤旋的內(nèi)徑和外徑，盤旋的高度，剎車的高度，各偏航角下的操縱量值，操縱量的極值以及盤旋操縱量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼傘控制律試驗調(diào)試平臺，其特征在于，控制中心包括微處理器和衛(wèi)星接收機；驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動放大電路和大功率直流繼電器；左右伺服機構(gòu)包括直流電動機構(gòu)及減速裝置。
5.一種基于權(quán)利要求1的翼傘控制律試驗調(diào)試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I初步測試翼傘的主要運動特性參數(shù): 第一步:系統(tǒng)空投后，翼傘展開進入全滑翔狀態(tài)下，此時通過控制中心測試翼傘滑翔飛行的水平速度及下降速度； 第二步:地面調(diào)試站上傳控制指令，對翼傘左右操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量，測試各操縱量下翼傘旋轉(zhuǎn)一圈的時間和旋轉(zhuǎn)的半徑，以及旋轉(zhuǎn)一圈下降的高度和旋轉(zhuǎn)角速率; 第三步:地面調(diào)試站上傳控制指令，對翼傘雙側(cè)操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量，測試不同操縱量下翼傘的下降速度和下降高度； 步驟2預(yù)置控制律: 根據(jù)獲取的翼傘運動特性參數(shù)，運用PID控制器的設(shè)計方法，預(yù)置翼傘飛行控制律參數(shù)的初值，將不同偏航角下操縱量的分級量、盤旋半徑以及盤旋高度的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定為可配置參數(shù)； 步驟3空投試驗調(diào)參過程: 第一步:控制中心按照已預(yù)置控制律控制翼傘的飛行方向，并實時將翼傘的運動軌跡下傳至地面調(diào)試站，調(diào)試站顯示翼傘當(dāng)前的運動軌跡； 第二步:通過地面調(diào)試站觀察翼傘運動軌跡，與理想軌跡進行對比，找出影響翼傘運動偏離的關(guān)鍵參數(shù)； 第三步:修改參數(shù)，對翼傘控制律參數(shù)重新裝訂，通過調(diào)試電臺上傳至控制中心； 第四步:控制中心依據(jù)重新配置的控制律參數(shù)，控制翼傘飛行方向，并下傳當(dāng)前運動軌跡; 重復(fù)執(zhí)行步驟3，確定翼傘控制律關(guān)鍵參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)試方法，其特征在于，步驟I中“對翼傘左右操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量”具體為:對翼傘左右操縱繩分別下拉25%、50%、75%、100%的操縱量；“對翼傘雙側(cè)操縱繩分別下拉預(yù)設(shè)的多個操縱量”具體為:對翼傘雙側(cè)操縱繩分別下拉25%、50%、75%、100% 的操縱量。
【文檔編號】G05B23/02GK104503426SQ201410685523
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】劉琦, 賀喜, 萬天軍, 陳猛, 劉蘭徽, 龐桂林 申請人:航宇救生裝備有限公司