[发明专利]一种新型复合滚转姿态控制系统及方法

权利要求书

1.一种新型复合滚转姿态控制方法，其特征在于，所述新型复合滚转姿态控制方法利用舵面调节飞行姿态的原理以及常规直升机倾斜盘周期变距原理进行结合；利用冗余控制的思路，通过舵面系统对飞行器滚转通道进行控制，通过旋翼系统进行滚转通道的辅助补偿，通过涵道约束气流方向，对舵面系统进行控制；

所述舵面系统利用伯努利原理控制共轴反旋纵列双涵道式飞行器的滚转通道；

具体包括：

变距舵机A输出扭矩，并经摇臂和连杆控制舵面的转动，操控舵面角度；

利用涵道约束气体的流向，将通过上、下桨盘的气流都提供给舵面用以控制滚转通道；

旋翼旋转时气流受到牵引，由上至下通过涵道，经过两个桨盘到达舵面时气流方向是平直的；

根据伯努利原理

式中：p——流体中某点的压强，

v——流体该点的流速，

ρ——流体密度，

g——重力加速度，

h——该点所在高度，

C——常量；

若舵面处于偏离竖直向下的状态，气体流经舵面两侧会产生流速差，舵面迎风侧气体流速快，压强小；背风侧气体流速慢，压强大；舵面两侧存在压强差，在舵面上会产生一个垂直于舵面，指向舵面偏转方向的力；并且舵面在竖直方向的偏转越大，压强差就越大，整机的滚转力矩也就越大；通过这个力完成对无人飞行器滚转通道的控制；

无人飞行器平稳飞行时，变距舵机A不工作，舵面位置竖直向下，舵面左右气流流速相等，没有压强差，不输出滚转方向的力矩；

无人飞行器需要滚转时，控制器驱动变距舵机A，经摇臂和连杆的带动从而改变舵面的角度，形成适合的滚转力矩，令飞行机器人做出滚转的工况。

2.如权利要求1所述的新型复合滚转姿态控制方法，其特征在于，所述新型复合滚转姿态控制方法具体包括：

无人飞行器上的传感系统将采集到的信息实时传递给控制器，控制器进行解算与控制；一方面驱动舵面系统的舵机A，摇臂和连杆完成相应运动；另一方面驱动旋翼系统的舵机B、上变距拉杆和下变距拉杆进行相应运动；二者协同控制，调整旋翼的滚转通道，进行飞行器的姿态控制。

3.如权利要求1所述的新型复合滚转姿态控制方法，其特征在于，所述旋翼系统利用周期变距原理控制共轴反旋纵列双涵道式飞行器的滚转通道；

具体包括：

无人飞行器平稳飞行时，电机提供的扭矩经电机轴带动旋翼旋转，并带动与之固连的变距拉杆和旋转倾斜盘旋转，固定倾斜盘不做运动；

无人飞行器需要滚转时，控制器驱动变距舵机B，经摇臂和拉杆的带动从而改变变距拨叉的角度，使倾斜盘倾斜一定角度；旋翼旋转时，变距拉杆拉动桨叶上的变距摇臂，使桨叶桨距周期变化，从而产生操纵力矩；由于支架对变距拨叉的限制作用，倾斜盘只能以一固定方向倾斜；旋翼依靠自身拉力的不对称性产生的力偶作用令无人飞行器做出滚转的工况。

4.如权利要求1所述的新型复合滚转姿态控制方法，其特征在于，所述操控舵面角度中，限定舵面的最大摆角为±20°；稳定飞行时舵面摆角的期望值为0度，当实际滚转角偏离期望值时，控制器解算相应的执行机构作动量；在舵面系统控制输入饱和前，控制量与舵面摆角具有映射关系；所述的执行机构在15度之内是舵面系统，超过15度时则为旋翼系统。

5.如权利要求4所述的新型复合滚转姿态控制方法，其特征在于，为解决舵面所需控制量饱和的情况和为保护舵面，不让舵面在极限摆角处工作；具体包括：

所需舵面摆角在±15°以内时，只驱动舵面系统工作；若无人飞行器需要大幅度的滚转调整，对应在舵面中需要超过±15°～±20°的摆角时，则加入旋翼系统通过周期变距辅助舵面补偿角度；通过反馈调节，逐步微调，确保无人飞行器最终完成指定的横滚角度。