[发明专利]一种鸭翼布局固定翼无人机直接升力控制方法

说明书

本发明公开了一种鸭翼布局固定翼无人机直接升力控制方法，属于固定翼无人机控制技术领域。该方法包括如下步骤：（1）搭建用于验证直接升力控制的固定翼无人机实验平台；（2）利用fluent软件对飞机进行流动力学分析，计算出飞机在不同高度，不同速度下的气动力矩系数，并根据气动力矩系数建立鸭式布局无人机模型；（3）在步骤（1）中的固定无人机的直接升力控制系统中加入垂直平移模态经典控制模块；（4）在步骤（1）中的固定无人机的直接升力控制系统中加入纵向显模型跟踪解耦模块；（5）完成试飞验证。本发明实现了无人机飞行轨迹和姿态之间的稳态解耦，实现纵向位置控制和姿态控制动态解耦。

技术领域

本发明公开了一种鸭翼布局固定翼无人机直接升力控制方法，属于固定翼无人机控制技术领域。

背景技术

直接力控制(derict lift control——DLC)是指保证飞机在某些自由度不产生运动的条件下，通过适当的操纵面控制，提供飞机的附加升力或侧力，使飞机作垂直或横侧方向的平移运动，也被称为“非常规机动”。直接升力控制则是通过飞机的一些操纵面在不改变飞机迎角的前提下，改变飞机的升力。

在常规控制中，固定翼无人机各个模态耦合性非常严重，在高度控制过程中，一般是通过飞机升降舵控制机体产生的转动，从而改变重力在飞机机体坐标系下的分量，达到控制高度的目的。直接升力则设法去除了这样的耦合因素，它可以产生改变飞机高度的法向力，也就是说只影响飞机力的平衡。一般情况下，直接力控制也称为解耦控制。

发明内容

本发明提出了一种鸭翼布局固定翼无人机直接升力控制方法，实现了无人机飞行轨迹和姿态之间的稳态解耦，提高了高度控制通道的动态响应，并且采用副翼同时同向偏转的方式提供了更大的直接升力，获得更快的纵向系统响应，实现纵向位置控制和姿态控制动态解耦。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种鸭翼布局固定翼无人机直接升力控制方法，包括如下步骤：

(1)搭建用于验证直接升力控制的固定翼无人机实验平台；

(2)利用fluent软件对飞机进行流动力学分析，计算出飞机在不同高度，不同速度下的气动力矩系数，并根据气动力矩系数建立鸭式布局无人机模型；

(3)在步骤(1)中的固定无人机的直接升力控制系统中加入垂直平移模态经典控制模块；

(4)在步骤(1)中的固定无人机的直接升力控制系统中加入纵向显模型跟踪解耦模块；

(5)完成试飞验证。

步骤(1)中所述固定翼无人机实验平台采用鸭翼双垂尾尾推式模型飞机“翔飞-III”。

所述无人机飞控系统采用32位浮点型单片机控制器STM32F407。

所述控制器STM32F407是Cortex-M4架构的32位单片机，时钟频率达168MHZ。

所述姿态传感器采用MTi-300。

本发明的有益效果如下：

1、本发明基于鸭式布局固定翼无人机设计了垂直平移模态经典控制，实现了无人机飞行轨迹和姿态之间的稳态解耦。

2、本发明提出采用副翼增升的方法，为无人机提供了更大的直接升力。

3、本发明将显模型跟踪解耦应用到直接升力控制设计中，实现纵向位置控制和姿态控制动态解耦。

附图说明

图1为鸭翼无人机直接升力控制方法实现步骤。

图2为鸭式无人机气动布局。

图3为垂直平移模态结构配置图。