[发明专利]一种混合动力无人机及其控制方法

权利要求书

1.一种混合动力无人机，其特征在于，包含机身、第一机翼、第二机翼、尾翼、主螺旋桨、第一至第四机翼电机、第一至第四机翼螺旋桨、油动发动机、离合器、发电机、电池组、温度传感器、压力传感器、电量监控模块和控制模块；

所述第一机翼、第二机翼分别设置在机身两侧；所述油动发动机、离合器、发电机、电池组、电量监控模块均设置在所述机身内；

所述第一机翼电机、第二机翼电机设置在所述第一机翼的前缘，输出轴分别和所述第一机翼螺旋桨、第二机翼螺旋桨的转轴固连；

所述第三机翼电机、第四机翼电机设置在所述第二机翼的前缘，输出轴分别和所述第三机翼螺旋桨、第四机翼螺旋桨的转轴固连；

所述尾翼上设有用于控制无人机俯仰转角的升降舵面；

所述主螺旋桨设置在机身尾部，其转轴通过所述离合器和所述油动发动机的输出轴相连；

所述油动发动机的输出轴还通过传动机构和所述发电机的输入轴相连；

所述电池组和所述发电机、电量监控模块电气相连，其中，所述发电机用于发电并将电能存储到电池组内，所述电量监控模块用于感应所述电池组的电量、并将其传递给所述控制模块；

所述温度传感器、压力传感器均设置在所述机身上，其中，所述温度传感器用于感应环境温度并将其传递给所述控制模块；所述压力传感器用于感应大气压并将其传递给所述控制模块；

所述控制模块分别和所述温度传感器、压力传感器、油动发动机、离合器、升降舵面、第一至第四机翼电机电气相连，用于根据温度传感器、压力传感器的感应数据控制油动发动机、离合器、升降舵面、第一至第四机翼电机工作。

2.基于权利要求1所述的混合动力无人机的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1.1)，当无人机起飞时，控制模块控制离合器闭合，并控制油动发动机、第一至第四机翼电机工作，此时，主螺旋桨、第一至第四机翼螺旋桨为无人机提供动力，电池组处于充电状态；

步骤1.2)，当无人机巡航时，控制模块控制离合器切断，并控制油动发动机、第一至第四机翼电机工作，此时，第一至第四机翼螺旋桨为无人机提供动力，电池组处于充电状态；

步骤1.3)，当无人机的飞行高度大于预设的高度阈值且电量监测模块检测到电池组的荷电状态小于预设的电量阈值时，控制模块控制离合器切断、控制油动发动机停止工作，同时控制第一至第四机翼电机工作，此时，第一至第四机翼螺旋桨为无人机提供动力，电池组处于非充电状态；

步骤1.4)，当无人机降落时，控制模块控制离合器闭合，并控制油动发动机、第一至第四机翼电机工作，此时，主螺旋桨、第一至第四机翼螺旋桨为无人机提供动力，电池组处于充电状态。

3.根据权利要求2所述的混合动力无人机的控制方法，其特征在于，对于第一至第四机翼电机中的每一个机翼电机，控制模块的具体控制方法包含以下步骤：

步骤2.1)，控制模块计算出理想的机翼电机转角，与机翼电机的实际转角进行闭环自适应模糊PID控制得到机翼电机的目标转速；

步骤2.2)，以机翼电机的目标转速和机翼电机的实际转速进行闭环自适应模糊PID控制得到机翼电机的目标电流；

步骤2.3)，以机翼电机的目标电流和机翼电机的实际电流进行闭环自适应模糊PID控制得到机翼电机的目标电压；

步骤2.4)，将目标电压施加给机翼电机驱动机翼电机工作。

4.根据权利要求3所述的混合动力无人机的控制方法，其特征在于，步骤2.1)中机翼电机的实际转角、步骤2.2)中机翼电机的实际转速、步骤2.3)中机翼电机的实际电流都是采用卡尔曼滤波后得到的最优估计值。