PX4官方文档翻译:固定翼位置控制器

固定翼位置控制器

总能量控制系统 (TECS)

总能量控制系统 (TECS) 可以同时控制固定翼的空速和高度。这一部分的代码是固定翼位置控制器 模块(module)的一个库(library)。

如上图所示,空速和高度设定值作为TECS的输入,TECS输出油门和俯仰角设定值。这两个输出被发送到固定翼姿态控制器。其中注意的是,油门设定值在范围之内,并且没有检测到发动机故障,才允许通过该油门设定值。因此,要了解TECS的性能直接受俯仰控制回路性能的影响。对空速和高度的不良跟踪,通常是由于对飞机俯仰角的不良跟踪造成的。

笔记

确保在尝试调整 TECS 之前调整姿态控制器。

同时控制空速和高度不是一项简单的任务。增加飞机俯仰角会导致高度增加,同时也会也会降低空速。增加油门会增加空速,但由于升力的增加,高度也会增加。因此,我们有两个输入(俯仰角和油门),它们都会分别同时影响两个输出(空速和高度),这使得控制问题具有挑战性。 TECS 通过用能量而非起初的设定值来表示问题,以此来提供解决方案。飞机的总能量是动能和势能之和。推力(通过油门控制)增加了飞机的总能量。给定的总能量状态可以通过势能和动能的任意组合来实现。换言之,高空低速飞行在总能量这一意义上可以等同于低空高空速飞行。我们将此称为能量平衡,是根据当前的高度设定值和当前的空速设定值计算的。 通过飞机俯仰角控制特定的能量平衡。俯仰角的增加将动能转换为势能,反之,俯仰角的减少将势能转换为动能。 因此,控制问题通过将起初的设定值转换为可以能量来解决。 我们使用推力来调整固定翼的特定总能量,使用俯仰在势能(高度)和动能(速度)能量之间保持特定平衡。

总能量控制回路

总能量平衡控制回路

飞机的总能量是动能和势能之和:

对时间求导得到总能量率:

由总能量率可以推出

  γ是飞行计划的角度,对于这个小γ我们可以将其近似为:

从飞机的动力学方程中,我们得到以下关系:

其中 T 和 D 是推力和阻力。在水平飞行中,初始推力会根据阻力进行微调,推力的变化会导致:

由此可见,△T正比于E(上有一点,打不出来),由此推力设定值应用于总能量控制。

特定的能量平衡率定义为:

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