[发明专利]一种复合式飞行器及其控制方法

权利要求书

1.一种复合式飞行器，其特征在于：所述飞行器的机体(1)处设有四个可竖向旋转的机翼(2)；四个机翼的前沿处均设有以电机(3)驱动的旋翼(4)；所述机翼的工作姿态包括水平姿态和垂直姿态；当四个机翼均处于垂直姿态；所述飞行器工作在多旋翼式飞行器模式下；当四个机翼均处于水平姿态，所述飞行器工作在固定翼飞行器模式下。

2.根据权利要求1所述的一种复合式飞行器，其特征在于：所述机翼分为前翼和后翼；所述机体呈长条形；机体前段处设有两个前翼；机体后段处设有两个后翼；每个前翼设有一个旋翼且两个前翼上的旋翼旋转方向相反；每个后翼设有一个旋翼且两个后翼上的旋翼旋转方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种复合式飞行器，其特征在于：当机翼竖向旋转时，两个前翼的旋转角度可以相同也可以不同；两个后翼的旋转角度相同。

4.根据权利要求1所述的一种复合式飞行器，其特征在于：所述机体处设有电源、传感器、摄像头和飞行控制模块。

5.一种复合式飞行器的控制方法，其特征在于：根据权利要求3所述的飞行器，当飞行器工作在多旋翼式飞行器模式下时，其控制方法以动力学系统模型N为基础；当飞行器工作在固定翼式飞行器模式下时，其控制方法以动力学系统模型M为基础。

6.根据权利要求5所述的一种复合式飞行器的控制方法，其特征在于：所述动力学系统模型N为；

公式1中：V，ω分别为整体坐标系下飞行器的线速度和角速度；V_b，ω_b分别为局部坐标系下飞行器的线速度和角速度；φ，θ，ψ分别为横滚角，俯仰角和偏航角；M_b为飞行器的质量矩阵；I_n为飞行器的惯性矩矩阵；F_g，分别为作用于飞行器重心的总力，旋翼升力，飞行器重力和扰动力；分别为作用于飞行器重心的总力矩，旋翼产生的力矩和扰动力矩。其中M_b，I_n，F_g，的具体形式如下：

公式2中：I_u，I_v和I_w为飞行器在各坐标轴的惯性矩；l_l和l_s为旋翼在x和y方向上到飞行器重心的距离；其中T_i＝λ_iF_i，F_i为各旋翼升力，i＝1,2,3,4。

7.根据权利要求5所述的一种复合式飞行器的控制方法，其特征在于：所述动力学系统模型M为；

公式3中：分别为各机翼产生的升力和阻力；θ_i(i＝1,2,3,4)为每个机翼的攻角；c_L(θ_i)，c_D(θ_i)分别为升力系数和阻力系数；F_g，F_w和分别为作用于飞行器重心的总力，旋翼产生的力，飞行器重力，机翼产生的升力和阻力；M_w和分别为作用在飞行器重心上的总力矩，旋翼产生的力矩，机翼的阻力/升力产生的力矩和扰动力矩。其中F_w，M_w的具体形式如下：

8.根据权利要求6所述的一种复合式飞行器的控制方法，其特征在于：当飞行器工作在多旋翼式飞行器模式下时，其位置控制器为LQR控制器；多旋翼式飞行器模式下的动力学模型A在状态空间形式下对应的非线性系统为；

公式5中：X为状态向量，由飞行器位置P，姿态α，线速度V_b，角速度ω_b组成，具体形式如下：

根据公式1多旋翼式飞行器模式下的动力学模型，可得为：