基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法

本发明属于无人机飞行控制，具体涉及一种基于指数展开模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，更具体地涉及一种用于弹簧驱动折叠机翼的无人机在发射阶段的展开时间计算与飞行姿态联动控制方法。

背景技术：

1、折叠机翼无人机发射后，需快速展开机翼以提供升力。此过程会剧烈改变飞行器气动特性，产生俯仰干扰力矩，要求飞控系统能同步调整姿态。要实现与展开过程联动的姿态控制，需要快速、准确地在线预测机翼“展开完成时间”。

2、现有技术通常采用基于动力学微分方程的数值计算方法，具体是将机翼视为具有转动惯量的刚体，建立包含非线性气动力矩、摩擦力矩及弹簧力矩的二阶方程，通过数值积分结合阈值事件来判定展开完成时刻。对于结构更为复杂的多翼片或带连杆、柔性件的机构，则常采用计算量更大的多体动力学或刚柔耦合仿真模型进行求解。为满足嵌入式飞控平台的算力限制，现有技术亦常采用“射击法”或“反演控制”进行多次迭代积分以逼近解，或通过大量离线仿真生成查找表，在线运行时通过插值查询来估计展开时间。

3、然而，这些方法难以给出解析解，计算严重依赖计算密集的数值积分与迭代，在线计算开销大、时延长且不确定。在发射阶段，飞控系统还需并行处理导航、滤波等高优先级任务，数值积分占用大量算力极易导致控制指令滞后，引发姿态过冲与振荡，严重影响控制的实时性与精度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中依赖复杂数值积分计算折叠机翼展开时间所导致的算力开销大、实时性差、确定性低及控制滞后的问题，而提供了一种计算高效、确定性高且能与飞行控制实时联动的基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制姿态调整方法。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

3、提供了一种基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1，参数采集：采集无人机弹簧折叠机翼的结构参数，结构参数包括机翼初始展开角度、机翼最大展开角度、弹簧常数、弹簧初始压缩量以及机翼转动惯量；

5、步骤2，展开时间计算：基于所采集的结构参数，计算机翼从初始角度展开至预设阈值角度所需的展开时间，其中，阈值角度根据最大展开角度设定，且展开时间基于以下一阶指数展开模型计算得到：

6、

7、式中，为展开角度，为展开时间常数，；

8、步骤3，飞行控制：将计算得到的展开时间输入飞行控制系统；在机翼展开过程中，飞行控制系统基于计算得到的展开时间和实时采集的机翼展开角度，生成飞行姿态控制指令，以使飞行器的姿态调整与机翼展开进度同步。

9、进一步地，步骤2中，阈值角度的设定满足：，其中为预设阈值角度，为经验系数，取值范围为0.985~0.995。

10、进一步地，步骤2中，展开时间通过解析式计算得出，计算公式为：。

11、进一步地，步骤3中，生成飞行姿态控制指令具体包括：

12、- 根据展开角度，在每个控制周期内，计算俯仰角调整量，计算公式为：；

13、- 飞行控制系统依据计算出的俯仰角调整量输出控制指令。

14、进一步地，步骤3中，当监测到机翼展开角度或计时时间时，终止飞行姿态控制指令的生成。

15、进一步地，一阶指数展开模型通过对机翼展开过程的动力学方程进行简化得到，其中表示机翼展开过程中的弹簧力矩，表示机翼展开过程中弹簧的实时位移量。

16、本发明的优点是：

17、本发明通过引入一阶指数模型对复杂的非线性展开过程进行简化，取得了如下显著技术效果：首先，该方法彻底摒弃了传统依赖数值积分的迭代计算模式，将展开时间的求解转化为可直接解析计算的常数时间操作，极大地降低了嵌入式飞控系统的在线计算负担，保证了时间预测的实时性与确定性，从根本上消除了因计算延时导致的控制滞后问题；其次，将计算得到的确定性展开时间作为关键前馈参数引入飞行控制系统，生成与机翼展开进度动态联动的俯仰角控制指令，使得飞行器姿态的调整能够精准匹配机翼气动特性的变化节奏，有效抑制了发射过程中的俯仰干扰力矩，显著提升了姿态稳定性和控制品质。综上所述，本发明兼具计算高效性、时间确定性和控制同步性，为折叠翼无人机提供了一种实时、可靠且稳定的发射或起飞阶段控制解决方案。

1.一种基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，其特征在于，步骤2中，所述阈值角度的设定满足：，其中为预设阈值角度，为经验系数，取值范围为0.985~0.995。

3.根据权利要求2所述的基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，其特征在于，步骤2中，所述展开时间通过解析式计算得出，计算公式为：。

4.根据权利要求1或2所述的基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，其特征在于，步骤3中，生成飞行姿态控制指令具体包括：

5.根据权利要求2所述的基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，其特征在于，步骤3中，当监测到机翼展开角度或计时时间时，终止所述飞行姿态控制指令的生成。

6.根据权利要求1或2所述的基于指数模型的弹簧折叠机翼展开时间联动飞行控制方法，其特征在于，所述一阶指数展开模型通过对机翼展开过程的动力学方程进行简化得到，其中表示机翼展开过程中的弹簧力矩，表示机翼展开过程中弹簧的实时位移量。