[发明专利]一种无人机及其矢量角度控制方法

权利要求书

1.一种无人机矢量角度控制方法，其特征在于，适用所述无人机矢量角度控制方法的无人机包括依次连接的螺旋桨(1)、上部机身(2)、可动关节(4)、下部机身(3)，所述可动关节(4)与驱动装置连接，以调节所述上部机身(2)和所述下部机身(3)之间的夹角；

所述无人机矢量角度控制方法包括：

步骤S1：所述驱动装置控制所述可动关节(4)动作，以令所述上部机身(2)的上端和所述下部机身(3)的下端在预设驱动力矩M的作用下同时向目标方向偏转，直到所述上部机身(2)的中心轴线和所述下部机身(3)的中心轴线之间的夹角达到第一预设夹角α₁，所述可动关节(4)停止动作，此时所述下部机身(3)相对铅垂线的偏转角度为第一偏转角β₀；

步骤S2：在所述螺旋桨(1)的拉力作用下，所述上部机身(2)继续向目标方向偏转，直到所述下部机身(3)的中心轴线相对铅垂线的偏转角度达到预设回正角度β₁；

步骤S3：所述驱动装置控制所述可动关节(4)反向动作，直到所述上部机身(2)的中心轴线和所述下部机身(3)的中心轴线之间的夹角达到0°；

步骤S4：所述螺旋桨(1)以目标转速N_d带动所述无人机沿所述目标方向水平飞行；或者，所述螺旋桨(1)以目标转速N_d抵抗来自所述目标方向的水平风力。

2.根据权利要求1所述的无人机矢量角度控制方法，其特征在于，步骤S1中：所述预设驱动力矩M为所述驱动装置的最大驱动力矩。

3.根据权利要求1所述的无人机矢量角度控制方法，其特征在于，所述目标转速N_d通过如下方程组得到：

Fcosβ_d＝G

Fsinβ_d＝0.5ρv_d²C_ddh

F＝k₀ρN_d²

式中：

G为无人机重量，

ρ为无人机飞行环境的气体密度，

N_d为步骤S4中所述无人机的螺旋桨转速，

F为所述螺旋桨(1)产生的沿所述上部机身(2)的中心轴线方向的拉力，

k₀为经验系数，

v_d为所述无人机和环境气体在水平面内目标方向上的相对速度，

β_d为无人机水平飞行时所述下部机身(3)的中心轴线相对铅垂线的偏转角度，

d为所述下部机身(3)的直径或宽度，

h为所述下部机身(3)的长度，

C_d为阻力系数。

4.根据权利要求3所述的无人机矢量角度控制方法，其特征在于，所述第一预设夹角α₁和所述第一偏转角β₀之间的关系通过如下方程组得到：

Q₂＝M

Q₃＝0.5×Fhsinα₁-M+0.5×Ghsinβ₀

式中：

Q₂为步骤S1中所述上部机身(2)所受的驱动力矩，

Q₃为步骤S1中所述下部机身(3)所受的驱动力矩，

I₂为所述上部机身(2)的转动惯量，

I₃为所述下部机身(3)的转动惯量。