[发明专利]一种可拆卸混合式驱动垂直起降无人机的控制方法

权利要求书

1.一种可拆卸混合式驱动垂直起降无人机的控制方法，在无人机的机身吊舱的尾部固定连接尾推电机，在主翼上通过横梁固定连接四个升力电机；其特征在于，所述的无人机的机身吊舱与机体之间可拆卸组装，所述控制方法包括：

(1)采用自适应滑模控制方案实现对速度的控制；

设速度控制指令为V_d，控制误差e_V＝V-V_d，V表示无人机的实际速度；取控制律如下：

其中，P′＝Pcosα，P为尾推电机推力，α为攻角；k_V、δ_V为正数，表示增益系数；C_D为时变未知的阻力系数，是C_D的标称值；Q为动压，Q＝0.5ρV²，ρ表示空气密度；S表示机翼参考面积；为估计的无人机质量；μ为航迹倾角；

其中，通过自适应的方法估计组装不同机身吊舱的无人机的质量，如下：

其中，系数γ为正数，g为重力加速度；

(2)采用如下舵偏角δ_e控制律对航迹倾角的进行控制：

参数变量：

其中，参数c₁、c₂、c₃均为正数，q为俯仰角速率，c_A为机翼参考长度，为攻角产生的升力系数，的标称值为为零攻角升力系数，的标称值为C_Mα为攻角产生的俯仰力矩系数，C_Mα的标称值为为升降舵产生的俯仰力矩系数，的标称值为I_Z为俯仰转动惯量，I_Z的标称值为m的标称值为m₀，μ的标称值为μ₀；函数ε为一任意小的正数；|Δ₁|_max为Δ₁的最大值，|Δ₃|_max为Δ₃的最大值；L₁(t)为四个升力电机在t时刻的总拉力。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法控制无人机在垂直起降模式和平飞模式之间的转换，在无人机垂直起飞时，当无人机达到预定高度后进行定点悬停，然后通过尾推电机加速，使得前向速度增大至巡航速度，升力电机减速至零，在该过程中，保持航迹倾角为零；在无人机降落时，无人机尾推电机减速，升力电机加速至抵消无人机的重力，在该过程中阻力使前向速度减弱至零，四个升力电机调节转速并且保持姿态的稳定，使得无人机降落。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在垂直起降模式和平飞模式之间转换时，采用以下控制指令：

μ_d(t)＝0

其中，T_μ1、T_μ2和t_V分别是人为选定的固定时间点；V_d(t)为在t时刻的速度控制指令，μ_d(t)为在t时刻的航迹倾角控制指令。

4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述的无人机的主翼与横梁之间可拆卸组装。

5.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述的控制方法对速度和航迹倾角控制的稳定性通过下面方法来验证；

(1)对速度控制具有稳定性，验证如下：

取Lyapunov函数其中系数γ为正数；

将和带入下式：

并且对V_V进行求导，得到：

由Barbalat引理得到：lim_t→∞e_V＝0，并且速度控制回路中所有信号有界，具有稳定性；

(2)对航迹倾角控制具有稳定性，验证如下：

取整个闭环姿态运动回路的Lyapunov函数

将控制律带入下面姿态控制回路方程，

并且对V₂进行求导，得到ε为一任意小的正数；

由上，姿态控制回路中控制误差最终一致有界，且由于ε任意小，则控制结果满足要求，对航迹倾角控制具有稳定性。