[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

说明书

本发明提供了一种可拆卸混合式驱动垂直起降无人机的控制方法，属于飞行器结构设计领域。由于机身吊舱可拆卸，不同功能对应的机身吊舱的尺寸、重量不同，因此对整个控制系统对于机体的重量、转动惯量参数不确定的情况下的鲁棒性提出了较高要求。本发明的提供的控制方法，针对机身吊舱可拆卸更换的无人机，采用自适应滑模控制方案对速度进行控制，采用基于反推方法加前馈控制的鲁棒自适应控制策略对姿态角进行控制，以使得控制器对无人机结构参数、气动参数变化时具有较强的鲁棒性与自适应能力，实现无人机长航时、长航程的运行。

技术领域

本发明属于飞行器结构设计领域，涉及一种可拆卸混合式驱动垂直起降无人机的控制方法。

背景技术

垂直起降飞行器指的是能够以零速度进行起飞与着陆，具备定点悬停的能力，并能以固定翼飞机的方式水平巡航飞行的飞行器。飞行器的垂直起降技术的诞生背景来自于战争的需求。战场上要求飞行器在跑道被破坏的情况下仍然能进行起飞降落，因此催生了固定翼飞机的垂直起降技术。

与传统固定翼飞行器相比，垂直起降飞行器对跑道无依赖，且具有可悬停的优势。与传统直升机或者多旋翼飞行器相比，垂直起降飞行器具有巡航功能，巡航段具有固定翼高速、省能源的特点，并具有更大的航程。正因为具备这些优点，垂直起降飞行器尤其适用于需要悬停或对起降场地有特殊要求的场合。

目前常见的垂直起降无人机大致分为三类：一类是倾转式旋翼机，一类是尾座式无人机，还有一类是矢量推进式。其中倾转式旋翼机为了实现垂直模态到平飞模态的转换，需要倾转旋翼等动力机构，控制结构复杂；而尾座式无人机和矢量推进式无人机结构外形简单，但这样的代价是对控制系统提出了极高的要求，而且飞行安全性与可靠性不能保证。

发明内容

本发明针对现有垂直起降无人机控制结构复杂、控制系统要求高等问题，提供了一种可拆卸混合式驱动垂直起降无人机的设计方案，并且设计了过渡模态下的参数不确定的鲁棒控制律。

本发明针对机身吊舱可拆卸的无人机，提供了一种可拆卸混合式驱动垂直起降无人机的控制方法，用于控制无人机在垂直起降模式和平飞模式之间的转换。所述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。所述控制方法包括：

(1)采用自适应滑模控制方案对速度进行控制；

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：