[发明专利]倾转翼垂直起降无人机模态转换控制策略确定方法

说明书

本发明公开了一种倾转翼垂直起降无人机模态转换控制策略的确定方法，包括建立倾转翼无人机非线性模型，通过推导纵向对称平面内的力和力矩平衡方程，确定模态转换阶段过渡走廊，通过前向转换和反向转换的约束条件进行配平计算，依据配平结果确定模态转换控制策略。本发明方法计算简单、有效、物理意义清晰，且调整模态转换控制策略对转换过程的影响明显，可以根据对象特性调整转换控制策略，使其更具鲁棒性和更好的工程使用价值。

技术领域

本发明属于无人机控制领域，具体涉及一种倾转翼垂直起降无人机模态转换控制策略的确定方法。

背景技术

倾转翼无人机采用机翼-螺旋桨一体式倾转，兼具固定翼无人机气动效率高、旋翼无人机具备垂直起降能力的优点，在军事作战和民用救灾等领域都有很高的应用价值和广阔的发展前景。类似美国NASA的GL-10分布式动力倾转翼垂直起降无人机，在机翼两侧各安装四个电动机，尾翼两侧各安装一个电动机，模态转换过程中机翼及尾翼在水平向前和竖直向上之间倾转，通过机翼及尾翼螺旋桨拉力和气动力的共同作用实现倾转翼飞行模态的转换。

模态转换过程中气动承载和动力承载的比重与机翼倾转角度、飞行速度密切相关。相同的机翼倾角条件下，不同螺旋桨拉力对应的速度范围不同，受螺旋桨最大拉力和机翼失速等条件的限制，机翼倾转角度和飞行速度共同确定倾转翼无人机的可用飞行包线，定义为过渡走廊。倾转翼的前向转换是机翼及尾翼由竖直向上转至水平的过程，反向转换则是由水平转至竖直向上的过程。过渡走廊的确定主要采用俯仰角配平方法，首先建立倾转翼无人机的非线性仿真模型，接着根据前向转换与后向转换的不同指标要求选取合适的配平约束条件，最后在不同机翼倾转角度下进行配平计算，寻求可行的尾翼偏转范围、机体俯仰角变化范围和螺旋桨油门(推力归一化)变化范围。

倾转翼无人机的飞行过程可以分为垂直起降、过渡和固定翼三个模式，在垂直起降模式时完全依靠动力承载，固定翼模式时完全依靠气动承载，过渡模式时依靠动力承载和气动承载的相互转换。机翼倾转角度越大，越接近垂直起降模态，动力承载的比重越大，基于尾翼螺旋桨的俯仰姿态的调节效率更高；相反的，机翼倾转角度越小，越接近巡航状态，飞行速度越高，气动承载比重越大，基于尾翼倾转的俯仰姿态调节更有效。倾转翼无人机控制的难点在于确定模态转换控制策略与控制方法，并在过渡走廊内选取一条优化的转换轨迹，使倾转翼平稳且快速地实现模态转换。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种倾转翼垂直起降无人机模态转换控制策略的确定方法，实现垂直起降模态与巡航模态之间平稳且快速的转换。

技术方案

一种倾转翼垂直起降无人机模态转换控制策略确定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：根据倾转翼无人机在过渡模式的受力分析，得出倾转过程中力和力矩方程的表达式，建立倾转翼无人机的非线性仿真模型；

所述的倾转过程中沿机体轴的力和力矩方程的表达式如下：

其中：