專(zhuān)利名稱(chēng)：系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于浮空器領(lǐng)域，具體地指一種用于高度控制的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在浮空器領(lǐng)域，自主導(dǎo)航飛行控制在自由飛氦氣飛艇的應(yīng)用上較為廣泛和全面，且發(fā)展程度比較深，而在熱氣球及熱氣飛艇等依靠熱空氣提供升力的飛行器上面，自主導(dǎo)航飛行控制的研究和應(yīng)用仍處于空白。同時(shí)，同為系留飛行器的系留氦氣飛艇由于能夠始終保持充足的凈升力，除在收放階段需要人工控制外，其在留空過(guò)程中無(wú)需對(duì)飛行實(shí)施控制，只需時(shí)刻保持對(duì)飛艇各項(xiàng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)即可，與系留熱氣飛艇具有很大區(qū)分。一方面，自由飛氦氣飛艇一般具有可變尾翼，和多數(shù)的固定翼飛行器一樣，可以通 過(guò)調(diào)節(jié)翼面狀態(tài)進(jìn)行飛行高度及方向的控制，而系留熱氣飛艇的尾翼是固定形狀的氣囊，起的是對(duì)風(fēng)的方向調(diào)節(jié)作用，因此系留熱氣飛艇在飛行控制上主要是依靠對(duì)加熱器的操作達(dá)到對(duì)飛行高度的控制?？刂萍訜崞鞯牟僮鞣绞郊纯刂破鋯未渭訜釙r(shí)間和兩次加熱的間隔時(shí)間，目前存在基準(zhǔn)加熱頻率不確定和飛行控制響應(yīng)慢等難點(diǎn)。另一方面，由于系留熱氣飛艇的飛行高度上限已經(jīng)由系留纜繩限定，這與自由飛氦氣飛艇完全不同。所以很難借鑒自由飛氦氣飛艇的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)系留熱氣飛艇飛行高度的自動(dòng)閉環(huán)控制，在保持系留熱氣飛艇具備充足熱氣升力的前提下，避免加熱器過(guò)快或過(guò)長(zhǎng)的加熱導(dǎo)致燃料的浪費(fèi)或囊內(nèi)溫度過(guò)高造成事故。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，包括如下步驟
1)設(shè)定系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度門(mén)限值、初始加熱時(shí)間^、加熱時(shí)間間隔、預(yù)定高度值hi和目標(biāo)溫度值T1 ；
2)判斷系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2是否超過(guò)溫度門(mén)限值，如超過(guò)，則關(guān)閉加熱器并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，未超過(guò)溫度門(mén)限值則進(jìn)入后續(xù)步驟；
3)判斷加熱器的一個(gè)加熱周期是否結(jié)束，如未結(jié)束，則返回其他任務(wù)，結(jié)束則進(jìn)入后續(xù)步驟，所述一個(gè)加熱周期為持續(xù)一次加熱和一次加熱時(shí)間間隔；
4)判斷系留熱氣飛艇的高度差A(yù)h是否在±100以內(nèi)，高度差Λh=h2為系留熱氣飛艇的實(shí)際高度，如果高度差Λ h在± 100以內(nèi)，則進(jìn)入后續(xù)步驟，如果高度差Λ h超過(guò)±100范圍，則改變加熱器的加熱時(shí)間t=ti — X1* Ah/50，并重復(fù)步驟2) 4)；
5)計(jì)算系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度差值ΛT=T2 - T1改變加熱器的加熱時(shí)間t=A -χ2* Δ T/5，并重復(fù)步驟2) 5)。上述技術(shù)方案的所述步驟I)中，囊內(nèi)溫度門(mén)限值為120°C。
上述技術(shù)方案的所述步驟I)中，初始加熱時(shí)間&為2 8s。上述技術(shù)方案的所述步驟I)中，目標(biāo)溫度值T1為環(huán)境溫度+80°C，且不超過(guò)囊內(nèi)溫度門(mén)限值。上述技術(shù)方案的所述步驟2)中，采集系留熱氣飛艇的囊內(nèi)多處溫度值取平均值，作為系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2。上述技術(shù)方案的所述步驟4)中，七取廣2。上述技術(shù)方案的所述步驟5)中，&取廣2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于能夠通過(guò)人工設(shè)定基準(zhǔn)參數(shù)和結(jié)合傳感器測(cè)得的與加熱器動(dòng)作有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算和處理，對(duì)加熱器的加熱時(shí)間進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)成對(duì)加熱器的控制，實(shí)現(xiàn)了系留熱氣飛艇飛行高度的自動(dòng)閉環(huán)控制，在保持系留熱氣飛艇具備充足熱氣升力的前提下，避免了加熱器過(guò)快或過(guò)長(zhǎng)的加熱導(dǎo)致燃料的浪費(fèi)或囊內(nèi)溫度過(guò)高造成事故。


圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖。圖2為圖1方法中一種溫度傳感器的布置方式示意圖。圖中1 5—溫度傳感器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和某系留熱氣飛艇的一次飛行對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例及原理作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。I)如圖1所示，該實(shí)施例中，進(jìn)入加熱程序后，由于系留熱氣飛艇受加熱燃料的限制，飛行時(shí)間為數(shù)小時(shí)，所以每次留空飛行在切換至自控模式前，由操作人員遙控系留熱氣飛艇，經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘的留空飛行后確定基準(zhǔn)參數(shù)，包括囊內(nèi)溫度門(mén)限值、初始加熱時(shí)間&、力口熱時(shí)間間隔、預(yù)定高度值h和目標(biāo)溫度值T1。本實(shí)施例中，設(shè)定的溫度門(mén)限值為120°C，初始的每次加熱時(shí)間h設(shè)定為4s，加熱時(shí)間間隔為8s，預(yù)定高度值Ill根據(jù)飛行需要設(shè)定，目標(biāo)溫度值T1則取環(huán)境溫度+80°C，且不超過(guò)120°C。上述參數(shù)中，由于加熱時(shí)間&和目標(biāo)溫度值T1受環(huán)境溫度、風(fēng)速、氣流等氣象環(huán)境的影響比較大，所以是自動(dòng)控制中主要考慮和調(diào)節(jié)的因素；
2)飛行過(guò)程中，系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度不能超過(guò)溫度門(mén)限值120°C，該值是根據(jù)多次飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)及艇囊材料安全溫度范圍確定的，對(duì)熱氣飛艇的安全飛行至關(guān)重要。所以需判斷系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2是否超過(guò)溫度門(mén)限值，如超過(guò)，則關(guān)閉加熱器并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，未超過(guò)溫度門(mén)限值則進(jìn)入后續(xù)步驟。如圖2所示，為確保囊內(nèi)溫度T2的準(zhǔn)確取值，在艇囊上設(shè)有多個(gè)溫度傳感器廣5，將采集到的多處溫度值做中間值(舍棄最高和最低值)平均處理，作為系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2 ；
3)為保證加熱器操作控制不出現(xiàn)混亂，自控系統(tǒng)必須在執(zhí)行完一個(gè)完整的加熱周期(持續(xù)一次加熱和一次加熱時(shí)間間隔)后方能根據(jù)改變后的加熱參數(shù)進(jìn)入下一加熱周期，故需判斷加熱器的一個(gè)加熱周期是否結(jié)束，如未結(jié)束，則返回其他任務(wù)，結(jié)束則進(jìn)入后續(xù)步驟；4)判斷系留熱氣飛艇的高度差A(yù)h是否在±100以內(nèi)，高度差A(yù)h=h2為系留熱氣飛艇的實(shí)際高度，如果高度差Λ h在± 100以內(nèi)，則進(jìn)入后續(xù)步驟，如果高度差Λ h超過(guò)±100范圍，則改變加熱器的加熱時(shí)間t= - X1* Ah/50，此處X1取I，并重復(fù)步驟2) 4);
5)計(jì)算系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度差值ΛT=T2 - T1,改變加熱器的加熱時(shí)間t=h -χ2* Δ T/5，并重復(fù)步驟2)飛)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系留熱氣飛艇飛行高度的自動(dòng)控制。本發(fā)明的核心在于確定了僅對(duì)系留熱氣飛艇加熱器的加熱時(shí)間進(jìn)行修改即可便于實(shí)現(xiàn)其高度的控制，并通過(guò)設(shè)定人工設(shè)定基準(zhǔn)參數(shù)、結(jié)合測(cè)得的與加熱器動(dòng)作有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算和處理，對(duì)加熱器的加熱時(shí)間進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)成對(duì)加熱器的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系留熱氣飛艇飛行高度的自動(dòng)閉環(huán)控制，所以其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如各基準(zhǔn)參數(shù)的設(shè)定不限于實(shí)施例中的具體取值，而可根據(jù)實(shí)際情況在一定范圍內(nèi)進(jìn) 行調(diào)整等。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于，它包括如下步驟1)設(shè)定系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度門(mén)限值、初始加熱時(shí)間^、加熱時(shí)間間隔、預(yù)定高度值 hi和目標(biāo)溫度值T1 ；2)判斷系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2是否超過(guò)溫度門(mén)限值，如超過(guò)，則關(guān)閉加熱器并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，未超過(guò)溫度門(mén)限值則進(jìn)入后續(xù)步驟；3)判斷加熱器的一個(gè)加熱周期是否結(jié)束，如未結(jié)束，則返回其他任務(wù)，結(jié)束則進(jìn)入后續(xù)步驟，所述一個(gè)加熱周期為持續(xù)一次加熱和一次加熱時(shí)間間隔；4)判斷系留熱氣飛艇的高度差A(yù)h是否在±100以內(nèi)，高度差A(yù)h=h2為系留熱氣飛艇的實(shí)際高度，如果高度差Λ h在± 100以內(nèi)，則進(jìn)入后續(xù)步驟，如果高度差Λ h超過(guò)±100范圍，則改變加熱器的加熱時(shí)間t= - X1* Ah/50，并重復(fù)步驟2) 4)；5)計(jì)算系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度差值ΛT=T2 - T1,改變加熱器的加熱時(shí)間t=h -χ2* Δ T/5 ，并重復(fù)步驟2 ) 5 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟I)中， 囊內(nèi)溫度門(mén)限值為120°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟I)中， 初始加熱時(shí)間A為2 8s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟I)中， 目標(biāo)溫度值T1為環(huán)境溫度+80°C，且不超過(guò)囊內(nèi)溫度門(mén)限值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟2)中， 采集系留熱氣飛艇的囊內(nèi)多處溫度值取平均值，作為系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟4)中，X1取f 2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟5)中，X2取f 2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，其特征在于所述步驟5)中， X2取I 2。
全文摘要
一種系留熱氣飛艇自動(dòng)控制方法，包括1)設(shè)定系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度門(mén)限值、初始加熱時(shí)間t1、加熱時(shí)間間隔、預(yù)定高度值h1和目標(biāo)溫度值T1；2)判斷系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度T2是否超過(guò)溫度門(mén)限值，如超過(guò)則關(guān)閉加熱器并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，未超過(guò)則進(jìn)入后續(xù)步驟；3)判斷加熱器的一個(gè)加熱周期是否結(jié)束，如未結(jié)束，則返回其他任務(wù)，結(jié)束則進(jìn)入后續(xù)步驟；4)判斷系留熱氣飛艇的高度差△h是否在±100以內(nèi)，高度差△h=h2－h(huán)1，h2為系留熱氣飛艇的實(shí)際高度，如果高度差△h在±100以內(nèi)則進(jìn)入后續(xù)步驟，如超過(guò)±100則改變加熱器的加熱時(shí)間t=t1－x1*△h/50，并重復(fù)步驟2)~4)；5)計(jì)算系留熱氣飛艇的囊內(nèi)溫度差值△T=T2－T1，改變加熱器的加熱時(shí)間t=t1－x2* △T/5 ，并重復(fù)步驟2)~5)。
文檔編號(hào)B64B1/62GK102991664SQ20121050800
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者田入東, 郭海軍, 陳勇, 馬啟明 申請(qǐng)人:航宇救生裝備有限公司