固定翼无人机的自主降落-Simulink纵向控制仿真

练习过固定翼飞行的，应该了解固定翼的起飞、飞行、降落环节

其中降落是最困难的，也是最容易出事故的。

 

着陆是飞机高度下断降低、速度不断减小的运动过程。

飞机着陆过程一般可分为五个阶段：下滑段、拉平段、平飘段、接地和着陆滑跑段。

这里借助之前参考的一个Simulink程序，简单说一下降落过程纵向控制的思路：

整体控制程序

 其中landpath是设计的降落轨迹：

%理想下滑轨迹
function h=landpath(t)
Tdg=20;             %定高时间
V=102;              %初始速度
H0=300;             %初始高度
r=3;                %下滑角
tao=5;            %拉平曲线时间常数
H1=20;              %拉平初始高度
Hdotjd=0.3;         %接地允许速度
Hc=Hdotjd*tao;      %跑道与设计渐进性的距离
if t<Tdg
    h=H0;
elseif (t>=Tdg)&&(t<(H0-H1)/V/sin(r*pi/180)+Tdg)
    h=H0-(t-Tdg)*V*sin(r*pi/180);
else
    h=(H1+Hc)*exp(-(t-((H0-H1)/V/sin(r*pi/180)+Tdg))/tao)-1;
    if h<0
        h=0;
    end
end

设计好期望轨迹之后，对飞行器进行高度控制，这里的飞行器是简化的纵向模型，简化为一组状态空间方程

飞行器模型

 

控制的思路是串级PID控制，其中外环是高度环，利用高度差控制俯仰角，再利用俯仰角的偏差控制俯仰角速率，最内环是姿态环，俯仰角角速率的偏差经过一定的处理得出期望的升降舵。

降落效果图

有关串级PID的理解可以看看知乎问答，飞控算法中双环串级PID如何理解? 

 https://www.zhihu.com/question/293450508/answer/486962294

PS：利用开源飞控PX4里的Pixhawk和Xplane可以实现降落的半实物仿真，PX4里有现成的算法

纵向控制采用TECS，横向是L1，这个有兴趣可以看一看。