单旋翼直升机飞行模式智能切换系统 |
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申请号 | CN202311771878.0 | 申请日 | 2023-12-21 | 公开(公告)号 | CN117991746A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
申请人 | 北飞蓝图航空技术有限公司; | 发明人 | 吴继仁; 吴竞; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及 直升机 飞行模式切换技术领域,公开了单旋翼直升机飞行模式智能切换系统,包括飞行模式智能切换系统,所述飞行模式智能切换系统包括 人机界面 操作模 块 、数据计算收集模块、模式切换逻辑模块、控制执行模块、监控和故障诊断模块;人机界面操作模块用于与操作员进行交互;数据计算收集模块用于采集、处理和融合飞行相关的数据;模式切换逻辑模块用于根据飞行状态和操作需求,通过 算法 计算智能地切换飞行模式。通过系统能够实现对单旋翼直升机飞行模式的智能切换,并提供监控和故障诊断功能,提高飞行安全性和可靠性,并能够提高 飞行器 的自适应性和灵活性,减少操作员的负担和飞行 风 险,提高飞行安全性和效率。 | ||||||
权利要求 | 1.单旋翼直升机飞行模式智能切换系统,其特征在于,包括飞行模式智能切换系统,所述飞行模式智能切换系统包括人机界面操作模块、数据计算收集模块、模式切换逻辑模块、控制执行模块、监控和故障诊断模块; |
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说明书全文 | 单旋翼直升机飞行模式智能切换系统技术领域[0001] 本发明涉及直升机飞行模式切换技术领域,具体为单旋翼直升机飞行模式智能切换系统。 背景技术[0002] 单旋翼直升机作为一种重要的航空器,广泛应用于军事、民用等领域。在飞行过程中,为了满足不同任务需求和环境条件,需要灵活地切换飞行模式。传统的飞行模式切换通常由飞行员手动操作,这种方式存在操作复杂、反应时间长、容易出错的问题,限制了直升机的飞行效率和安全性。为了解决上述问题,已经提出了一些自动化的飞行模式切换系统。 [0003] 但现有的系统往往缺乏对飞行状态和环境条件的准确感知和判断能力,以及对飞行模式切换策略的智能决策能力,导致切换不够精准和高效,此外,现有系统在故障检测和诊断方面也存在一定的局限性,不能及时发现和处理系统故障,影响飞行安全。 发明内容[0004] 针对现有技术的不足,本发明提供了单旋翼直升机飞行模式智能切换系统,解决现有只能飞行模式切换系统对环境感知较弱,切换精准度较低的问题。 [0005] 为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:单旋翼直升机飞行模式智能切换系统,包括飞行模式智能切换系统,所述飞行模式智能切换系统包括人机界面操作模块、数据计算收集模块、模式切换逻辑模块、控制执行模块、监控和故障诊断模块; [0006] 人机界面操作模块用于与操作员进行交互; [0007] 数据计算收集模块用于采集、处理和融合飞行相关的数据; [0009] 控制执行模块用于执行生成的飞行控制指令; [0010] 监控和故障诊断模块用于监控飞行状态和检测故障,并提供警告和诊断信息。 [0011] 优选的,所述人机界面操作模块包括飞行控制计算机单元、屏幕数据显示单元、按键响应单元、控制指令生成单元; [0013] 屏幕数据显示单元用于显示飞行状态、参数和警告信息等,使操作员能够直观地了解飞行情况; [0015] 控制指令生成单元用于根据操作员的指令和需求生成相应的飞行控制指令。 [0018] 数据筛选单元用于对传感器数据进行筛选和滤波处理,去除噪声和异常值,提高数据的准确性和可靠性; [0019] 数据融合单元用于将多个传感器的数据进行融合和整合,得到全面而准确的飞行状态和环境信息。 [0020] 优选的,所述模式切换逻辑模块包括状态判断单元、多层次决策架构设定单元、环境模型生成单元、自适应控制单元; [0021] 状态判断单元用于根据传感器数据和操作员输入,判断当前飞行状态和环境条件; [0022] 多层次决策架构设定单元用于根据状态判断结果,设定不同的决策层次和优先级; [0023] 环境模型生成单元基于当前飞行状态和环境条件,生成相应的环境模型,用于后续的决策和控制; [0024] 自适应控制单元用于根据环境模型和设定的决策策略,自动调整飞行控制参数和方式,以适应不同的飞行模式。 [0025] 优选的,所述控制执行模块包括控制信号预设单元、控制信号发射单元; [0026] 控制信号预设单元用于根据飞行控制指令,预设各种控制信号和参数; [0028] 优选的,所述监控和故障诊断模块包括监控单元、故障检测单元、故障诊断单元、警告提醒单元用于; [0029] 监控单元用于实时监测飞行器的各种参数和状态,以确保飞行安全和稳定; [0030] 故障检测单元用于检测飞行过程中发生的故障和异常情况; [0031] 故障诊断单元用于根据故障检测结果,对故障进行诊断和定位,找出故障原因; [0032] 警告提醒单元用于向操作员提供故障警告和相关信息,以及相应的处理建议。 [0033] 优选的,所述人机界面操作模块与监控和故障诊断模块为电性连接,所述模块切换逻辑模块与数据计算收集模块为网络连接,所述控制执行模块与人机界面操作模块为电性连接。 [0034] 优选的,所述多层次决策架构设定单元通过人工数据预设和算法计算混合设定。 [0035] 优选的,所述自适应控制单元使用自适应模型预测控制算法完成自适应,公式为:x(k+1)=A(k)x(k)+B(k)u(k) [0036] y(k)=C(k)x(k) [0037] 其中,x(k)是系统状态向量,u(k)是控制输入,y(k)是系统输出,A(k),B(k),C(k)是根据系统动态模型进行参数估计的矩阵。 [0038] 本发明提供了单旋翼直升机飞行模式智能切换系统,具备以下有益效果: [0039] 本发明通过人机界面操作模块接收操作员的指令和需求,数据计算收集模块采集和处理飞行相关数据,模式切换逻辑模块智能地切换飞行模式,控制执行模块执行控制指令,监控和故障诊断模块监测飞行状态和检测故障。这样,系统能够实现对单旋翼直升机飞行模式的智能切换,并提供监控和故障诊断功能,提高飞行安全性和可靠性,并能够提高飞行器的自适应性和灵活性,减少操作员的负担和飞行风险,提高飞行安全性和效率。附图说明 [0040] 图1为本发明的飞行模式智能切换系统示意图; [0041] 图2为本发明的人机界面操作模块示意图; [0042] 图3为本发明的数据计算收集模块示意图; [0043] 图4为本发明的模式切换逻辑模块示意图; [0044] 图5为本发明的控制执行模块示意图; [0045] 图6为本发明的监控和故障诊断模块示意图。 具体实施方式[0046] 下面将结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0047] 实施例: [0048] 请参阅附图1,本发明实施例提供单旋翼直升机飞行模式智能切换系统,包括飞行模式智能切换系统,飞行模式智能切换系统包括人机界面操作模块、数据计算收集模块、模式切换逻辑模块、控制执行模块、监控和故障诊断模块; [0049] 人机界面操作模块用于与操作员进行交互,可以通过界面输入指令和需求,并查看飞行状态、参数和警告信息; [0050] 数据计算收集模块用于采集、处理和融合飞行相关的数据; [0051] 模式切换逻辑模块用于根据飞行状态和操作需求,通过算法计算智能地切换飞行模式; [0052] 控制执行模块用于执行生成的飞行控制指令; [0053] 监控和故障诊断模块用于监控飞行状态和检测故障,并提供警告和诊断信息; [0054] 人机界面操作模块与监控和故障诊断模块为电性连接,模块切换逻辑模块与数据计算收集模块为网络连接,控制执行模块与人机界面操作模块为电性连接。 [0055] 通过人机界面操作模块接收操作员的指令和需求,数据计算收集模块采集和处理飞行相关数据,模式切换逻辑模块智能地切换飞行模式,控制执行模块执行控制指令,监控和故障诊断模块监测飞行状态和检测故障。这样,系统能够实现对单旋翼直升机飞行模式的智能切换,并提供监控和故障诊断功能,提高飞行安全性和可靠性,并能够提高飞行器的自适应性和灵活性,减少操作员的负担和飞行风险,提高飞行安全性和效率。同时,通过数据计算收集模块的数据处理和融合,可以得到准确的飞行状态信息,为飞行控制和故障诊断提供可靠的基础。 [0056] 请参阅附图2,人机界面操作模块包括飞行控制计算机单元、屏幕数据显示单元、按键响应单元、控制指令生成单元; [0057] 飞行控制计算机单元用于负责计算飞行控制指令和参数,根据操作员的输入生成相应的控制信号,可根据飞行状态、传感器数据和操作员的需求,计算出适当的控制指令,以实现期望的飞行动作; [0058] 屏幕数据显示单元用于显示飞行状态、参数和警告信息等,使操作员能够直观地了解飞行情况; [0059] 按键响应单元用于接收操作员的按键输入,并将其转换为相应的控制指令或请求。操作员可以通过按键来进行飞行模式的切换、控制参数的调整等。按键响应单元负责接收这些按键输入,并将其转化为系统能够理解的指令,以实现相应的功能; [0060] 控制指令生成单元用于根据操作员的指令和需求生成相应的飞行控制指令,根据操作员的输入和飞行状态,该单元可以生成适当的控制指令,例如姿态调整、速度控制等,以实现所需的飞行行为。 [0061] 请参阅附图3,数据计算收集模块包括传感器单元、数据筛选单元、数据融合单元; [0063] 数据筛选单元用于对传感器数据进行筛选和滤波处理,去除噪声和异常值,提高数据的准确性和可靠性,在飞行过程中,传感器数据可能会受到各种干扰和噪声,数据筛选单元可以通过算法和滤波器对原始数据进行处理,去除不必要的噪声和异常值,提取出真实有效的飞行状态信息; [0064] 数据融合单元用于将多个传感器的数据进行融合和整合,得到全面而准确的飞行状态和环境信息,数据融合单元可以配合算法模型生成将这些数据进行整合,以得到更完整、准确的飞行状态信息。通过融合姿态传感器和加速度计的数据,可以计算出飞行器的位置和速度。 [0065] 请参阅附图4,模式切换逻辑模块包括状态判断单元、多层次决策架构设定单元、环境模型生成单元、自适应控制单元; [0066] 状态判断单元用于根据传感器数据和操作员输入,判断当前飞行状态和环境条件; [0067] 多层次决策架构设定单元用于根据状态判断结果,设定不同的决策层次和优先级,多层次决策架构设定单元通过人工数据预设和算法计算混合设定,环境模型生成单元基于当前飞行状态和环境条件,生成相应的环境模型,用于后续的决策和控制,具体计算步骤为: [0069] 规则包括以下内容:如果飞行高度低于100米,并且飞行速度小于30节,则选择稳定飞行模式。 [0070] 如果飞行高度在100米至500米之间,并且飞行速度在30节至60节之间,则选择巡航飞行模式。 [0071] 如果飞行高度大于500米,并且飞行速度超过60节,则选择高速飞行模式。 [0072] 二、机器学习算法部分: [0073] 收集历史飞行数据,包括飞行高度、速度、倾斜角度、环境条件中的气温、风速和对应的飞行模式切换决策,使用决策树训练模型来预测最佳的飞行模式切换决策。 [0074] 根据历史数据训练的模型,可以预测出一些模式切换的决策规律。例如,模型可能学到当飞行高度在300米附近,且飞行速度在40节左右时,更倾向于选择巡航飞行模式。 [0075] 三、结合混合算法: [0076] 在实际飞行中,根据当前的飞行状态和环境条件,首先应用规则引擎部分的规则来生成一个初步的决策策略。 [0077] 如果规则引擎无法处理或不确定的情况较多,将使用机器学习算法部分的模型来预测飞行模式切换的决策。 [0078] 可以通过设定权重或优先级来调整规则引擎和机器学习算法的相对重要性。例如,如果规则引擎的判断结果比较确定且符合安全要求,则可能更倾向于采用规则引擎的决策。如果规则引擎无法处理的情况较多,或者机器学习算法的预测结果更准确,则更倾向于采用机器学习算法的决策。 [0079] 通过混合算法的应用,系统可以充分利用规则引擎和机器学习算法的优势,实现更灵活、智能的飞行模式切换决策。 [0080] 自适应控制单元用于根据环境模型和设定的决策策略,自动调整飞行控制参数和方式,以适应不同的飞行模式,自适应控制单元使用自适应模型预测控制算法完成自适应,公式为: [0081] x(k+1)=A(k)x(k)+B(k)u(k) [0082] y(k)=C(k)x(k) [0083] 其中,x(k)是系统状态向量,u(k)是控制输入,y(k)是系统输出,A(k),B(k),C(k)是根据系统动态模型进行参数估计的矩阵,根据预测模型,构建一个优化问题,目标是最小化控制误差以及满足系统约束条件,使用二次规划求解该优化问题,通过不断地在线更新系统参数,以适应系统的动态特性和外部扰动,实现对系统的自适应控制。这种算法能够在不确定性较高的环境中表现出较好的控制性能。 [0084] 请参阅附图5,控制执行模块包括控制信号预设单元、控制信号发射单元; [0085] 控制信号预设单元用于根据飞行控制指令,预设各种控制信号和参数,控制信号预设单元可以根据飞行控制指令和操作员的输入,设置适当的控制参数和信号。根据期望的姿态调整,预设姿态控制信号的目标值和增益; [0086] 控制信号发射单元用于将预设的控制信号发送给飞行控制系统,实现对飞行器的控制,控制信号发射单元负责将预设的控制信号转化为适当的电信号、气动力或其他形式的控制输出,以实现对飞行器的控制。通过调节电机转速、舵面的偏转或推力的大小来改变飞行器的姿态、速度或位置。 [0087] 请参阅附图6,监控和故障诊断模块包括监控单元、故障检测单元、故障诊断单元、警告提醒单元用于; [0088] 监控单元用于实时监测飞行器的各种参数和状态,以确保飞行安全和稳定,监控单元监测飞行器的姿态、速度、位置、电池电量等关键参数,并对这些参数进行实时分析和比较,以检测任何异常或超出设定范围的情况; [0089] 故障检测单元用于检测飞行过程中发生的故障和异常情况,故障检测单元通过对传感器数据、控制信号和其他相关信息的分析,来检测飞行器是否出现了故障或异常情况。 [0090] 故障诊断单元用于根据故障检测结果,对故障进行诊断和定位,找出故障原因,可以根据故障检测单元提供的故障信息和模型,进行故障诊断算法的执行,以确定故障的具体类型、位置和原因。 [0091] 警告提醒单元用于向操作员提供故障警告和相关信息,以及相应的处理建议,具体根据监控和故障诊断单元提供的结果和判断,生成警告信息,并向操作员发送警告通知,同时提供相应的处理建议,帮助操作员采取适当的措施应对故障情况。 |