[发明专利]变姿飞行器

权利要求书

1.一种变姿飞行器，包括机体，分布在机体周围并位于同一平面内的至少三个连接杆， 安装在各连接杆外端的旋翼，安装在机体内部的控制器；其特征在于还包括固定翼，所述固 定翼安装在机体的下部，其弦线与各连接杆所在的平面成一角度。

2.根据权利要求1所述的变姿飞行器，其特征在于所述固定翼采用高升阻比翼型。

3.根据权利要求1或2所述的变姿飞行器，其特征在于所述各旋翼安装在涵道壳体内。

4.根据权利要求3所述的变姿飞行器，其特征在于所述涵道壳体截面采用对称翼型。

5.根据权利要求1所述的变姿飞行器，其特征在于本发明的变姿飞行器还包括起落架， 所述起落架固定在连接杆的下面。

6.根据权利要求1所述的变姿飞行器，其特征在于所述机体周围分布六个连接杆，每个 连接杆的外端安装一个旋翼；旋翼的旋转平面与六个连接杆所在的平面形成倾角，且每个旋 翼的旋转平面与相隔两个旋翼的第三个旋翼的旋转平面经过机体坐标系的原点并且共面，两 个旋翼分别安装正反桨，旋转方向相反，反扭矩可相互抵消。

7.根据权利要求1所述的变姿飞行器，其特征在于所述的控制器包括x控制器、y控制 器、z控制器、θ控制器、φ控制器、ψ控制器、全局输入解耦装置；x控制器、y控制器、 z控制器、θ控制器、φ控制器、ψ控制器分别根据给定的x向位移、y向位移、z向位移、 俯仰角θ、滚转角φ、偏航角ψ与对应的反馈信号的差值计算并输出各自由度虚拟控制量； 全局输入解耦装置根据接收的各自由度虚拟控制量，通过非线性解耦映射得到各旋翼转速， 然后将各旋翼转速传输到各旋翼对应的驱动装置；所述的全局输入解耦装置包括：

系数矩阵M_co存储模块(101)；

所述的系数矩阵M_co＝diag(k₁₁，k₂₂，...，k_mm)；(1)

结构矩阵M_rel存储模块(102)；

所述的结构矩阵M_rel＝{-1^kAIV_ij}_{m×6，k＝1，2}    (2)

式(2)中i＝1、2、3、……m，j＝1、2、3、4、5、6，m为旋翼的数量；AIV_ij为第i 个旋翼动作时对第j个自由度的绝对影响值；

设变姿飞行器机体坐标系的x、y轴位于各连接杆所在的平面内并相互垂直，z轴通过变 姿飞行器的质心且垂直于各连接杆所在的平面；沿x、y、z轴正向移动自由度为正，沿x、y、 z轴反向移动自由度为负；俯仰角θ为飞行器机体绕y轴转动的角度，逆时针转动自由度为 正，顺指针转动自由度为负；滚转角φ为飞行器机体绕x轴转动的角度，逆时针转动自由度 为正，顺时针转动自由度为负；偏航角ψ为飞行器机体绕z轴转动的角度，逆时针转动自由 度为正，顺时针转动自由度为负；则

第i个旋翼动作时对x、y、z轴方向平动自由度的绝对影响值：

第i个旋翼动作时对俯仰角θ、滚转角φ、偏航角ψ转动自由度的绝对影响值：

当自由度向负方向变化时，k＝1，当自由度向正方向变化时k＝2；

将系数矩阵M_co与结构矩阵M_rel相乘并求逆得到逆矩阵(M_co·M_rel)^-1的模块103；

主导旋翼转速运算模块(104)：利用式(5)得到各主导旋翼转速，并根据其他旋翼与主 导旋翼的对应关系得到其他旋翼转速，然后将得到的各旋翼转速分别传输给各旋翼对应的驱 动装置：

Ω1Ω2...Ωq=(McoMrel)-1U1U2...Up---(5)]]>

式(5)中U₁、U₂、……、U_p为有效自由度虚拟控制量，Ω₁、Ω₂、……、Ω_q为各主导旋 翼的转速。